相干型MIMO雷达目标分辨能力研究

论文摘要

MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）雷达是利用多个发射天线协同发射分集探测波形,并使用多个接收天线同步接收、联合处理回波信号的一种新体制雷达。与传统的雷达不同,该体制雷达可以对目标进行多维探测并获得更全面、更本质的目标信息。一些研究表明:MIMO体制在提高雷达系统对目标的检测、跟踪、识别和参数估计等性能具有极大的潜力;此外,灵活的发射波形设计和收发分置的基本结构特征使得雷达系统在配置上更加灵活,更有利于满足多种战术需求。目前学术界按照分集增益的获取方式和天线配置的距离大小将MIMO雷达分为统计型和相干型两大类,本文围绕相干型MIMO雷达,着重对雷达系统的信号处理方法和目标分辨能力进行了研究。主要工作包括以下几个方面首先,从相干型MIMO雷达阵元紧密、信号相干处理的基本特征出发,指明了该型雷达与传统的相控阵雷达的异同,并分别研究了相干型MIMO雷达的系统模型、信道矩阵和阵列特点。在此基础上,论文阐释了频率分集的正交性条件和MIMO雷达合成等效大孔径阵列的基本原理。然后,根据MIMO雷达收发分置的固有特点,建立了双基地雷达模型并明确了阵列与目标空间几何关系。为考察观测角度和信号参数对目标的位置、角度、速度分辨能力的影响,推导并讨论了频率分集信号的模糊度函数,这为后续研究打下初步的理论基础。进而,针对MIMO雷达所发射的频率分集信号提出了一种信号处理方法。该方法在接收端对发射角度和接收角度波束形成,在距离维上对分集信号联合匹配滤波。通过仿真研究在理想环境中不同发射带宽信号和阵元配置方式对目标空间分辨能力的影响,定性地给出了空间高分辨MIMO雷达的的系统配置原则。最后,研究了在非理想环境中的频率分集MIMO雷达回波信号模型,探讨了充分利用MIMO雷达的特点和空时自适应技术抑制杂波干扰、检测目标位置的方法。通过仿真比较MIMO雷达和相控阵应用STAP技术获得的系统增益,表明了MIMO雷达从杂波环境中检测目标的性能优势和接收机小型化的应用潜力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 MIMO 雷达的概念和研究背景
• 1.2 国内外的研究现状及发展趋势
• 1.3 本文的主要工作及内容安排
• 第二章 相干型MIMO 雷达的基本原理
• 2.1 相干型MIMO 雷达模型特征
• 2.1.1 基本模型
• 2.1.2 信道矩阵
• 2.1.3 阵列特点
• 2.2 相干型MIMO 雷达的信号分集
• 2.2.1 相干型MIMO 的信号模型
• 2.2.2 发射信号波形设计
• 2.4 本章小节
• 第三章 双基地MIMO 雷达信号的模糊函数
• 3.1 引言
• 3.2 双基地MIMO 雷达的空间模型
• 3.3 频率分集MIMO 雷达信号的模糊函数
• 3.3.1 模糊函数的基本形式
• 3.3.2 模糊函数的化简形式
• 3.4 仿真验证与结果分析
• 3.5 本章小节
• 第四章 双基地MIMO 雷达的空间分辨能力
• 4.1 引言
• 4.2 MIMO 雷达空间分辨能力的原理分析
• 4.3 信号模型与处理方法
• 4.4 仿真实验及结果分析
• 4.4.1 角度分辨能力
• 4.4.2 空间分辨能力
• 4.5 本章小节
• 第五章 STAP 技术在MIMO 雷达信号处理中的应用
• 5.1 引言
• 5.1.1 STAP 技术的产生背景
• 5.1.2 STAP 技术的发展状况
• 5.2 空时自适应技术的基本原理
• 5.2.1 STAP 的基本信号模型
• 5.2.2 STAP 的基本处理方法
• 5.3 空时自适应技术MIMO 雷达上的扩展应用
• 5.3.1 MIMO 雷达对应的扩展信号模型
• 5.3.2 双基地配置对回波模型的影响
• 5.4 系统设计与仿真分析
• 5.4.1 系统参数设定
• 5.4.2 仿真验证与对比分析
• 5.5 本章小节
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果