MIMO雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)的若干問題研究.pdf

1、目前在通信中已經(jīng)廣泛采用MIMO技術(shù)來克服多徑效應(yīng)的影響和提高傳輸率。在綜合脈沖孔徑雷達(dá)(SyntheticImpulseandApertureRadar，SIAR)的啟發(fā)下，利用通信界成熟的MIMO技術(shù)，MIMO技術(shù)被應(yīng)用于雷達(dá)技術(shù)中，產(chǎn)生了兩種類型的MIMO雷達(dá)。一種是EranFishler提出的收發(fā)全分集MIMO雷達(dá)。在常規(guī)雷達(dá)中，目標(biāo)的起伏會(huì)使回波閃爍，引起雷達(dá)性能的下降，因而是被視為有害的。收發(fā)全分集MIMO雷達(dá)卻相反，它正是

2、利用了目標(biāo)的起伏來改善雷達(dá)的性能。這種雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)包括硬件簡單、有效口徑大、通過空間分集對(duì)抗目標(biāo)衰落等。另外一種是由林肯實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者首先提出的發(fā)射分集的MIMO雷達(dá)。在這種雷達(dá)中，收發(fā)陣列天線單元布置與相控陣?yán)走_(dá)相同，因此可以把它看成是相控陣?yán)走_(dá)的擴(kuò)展。它的特點(diǎn)是發(fā)射相互正交的信號(hào)，而在接收端采用波束形成的方法進(jìn)行處理。這種雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)主要是利用發(fā)射信號(hào)的多樣性提高雷達(dá)參數(shù)的可辨識(shí)性，提高角度分辨力。相比較而言，發(fā)射分集的MIMO雷達(dá)技術(shù)與

3、現(xiàn)在使用的雷達(dá)技術(shù)更加接近，在工程上比較容易實(shí)現(xiàn)。 圍繞兩種類型的MIMO雷達(dá)，本文對(duì)檢測(cè)相關(guān)問題展開研究。主要包括以下幾個(gè)方面： (1)研究了收發(fā)全分集MIMO雷達(dá)的原理特點(diǎn)和信號(hào)模型。針對(duì)經(jīng)典的慢起伏雷達(dá)目標(biāo)截面積RCS模型，X2分布模型，理論分析了收發(fā)全分集MIMO雷達(dá)的檢測(cè)性能，通過比較傳統(tǒng)的相控陣，得出結(jié)論：收發(fā)全分集MIMO雷達(dá)在低信噪比時(shí)，檢測(cè)性能優(yōu)于相控陣；高信噪比時(shí)，檢測(cè)性能略差于相控陣。 (2

4、)將隱馬爾可夫模型(HiddenMarkovModel，HMM)應(yīng)用于收發(fā)全分集的MIMO雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)。收發(fā)全分集MIMO雷達(dá)的天線陣元布置間距很大，接收天線從不同的角度觀測(cè)目標(biāo)，目標(biāo)的回波在不同的角度上呈現(xiàn)各向異性，各個(gè)方向回波強(qiáng)度變化大；雜波的回波則呈現(xiàn)各向同性，各個(gè)方向回波強(qiáng)度基本相同。針對(duì)發(fā)全分集MIMO雷達(dá)的這一特點(diǎn)，可以用隱馬爾可夫模型對(duì)目標(biāo)和雜波回波分別建模，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)回波和雜波的分離。 (3)研究了基于正交波形的

5、發(fā)射分集MIMO雷達(dá)的原理。首先分析了這種雷達(dá)系統(tǒng)的特點(diǎn)，信號(hào)模型。構(gòu)建了基于正交波形的發(fā)射分集MIMO雷達(dá)仿真系統(tǒng)，用仿真系統(tǒng)驗(yàn)證了發(fā)射分集MIMO雷達(dá)在抗截獲性能、檢測(cè)弱目標(biāo)的能力、速度分辨力、距離分辨力等方面相對(duì)于傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)仿真系統(tǒng)的處理流程進(jìn)行分析，以信噪比為指標(biāo)研究了系統(tǒng)的檢測(cè)性能，結(jié)論是：采用頻分的線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)，通過長時(shí)間積累，發(fā)射分集MIMO雷達(dá)與相控陣?yán)走_(dá)的檢測(cè)信噪比相同，可以獲得相同的檢測(cè)性能。

6、 (4)將空時(shí)自適應(yīng)處理(Space—timeAdaptiveProcessing，STAP)應(yīng)用于正交波形的發(fā)射分集MIMO雷達(dá)。針對(duì)發(fā)射分集MIMO雷達(dá)發(fā)射正交信號(hào)的特點(diǎn)，將空時(shí)自適應(yīng)處理技術(shù)進(jìn)行了擴(kuò)展，提出了波形—空間—時(shí)間三維信號(hào)處理方法，研究了三維信號(hào)空間中的目標(biāo)、雜波、干擾信號(hào)模型。 (5)將Hough變換應(yīng)用于發(fā)射信號(hào)分集的MIMO雷達(dá)檢測(cè)問題中。首先針對(duì)常規(guī)Hough變換計(jì)算量大的問題，提出改進(jìn)的方法，采用斜率—