自适应数字波束形成在MIMO雷达中的应用
相控阵及MIMO雷达自适应稳健波束形成方法研究
相控阵及MIMO雷达自适应稳健波束形成方法研究相控阵及MIMO雷达自适应稳健波束形成方法研究摘要：相控阵（Phased Array）和多输入多输出（MIMO）雷达是目前雷达技术中的热门研究方向。
由于其较高的目标探测性能和波束形成能力，已经广泛应用于航空、导航、通信、宇航等领域。
本文以相控阵和MIMO雷达为研究对象，对自适应稳健波束形成方法进行了深入探讨和研究。
1. 引言随着科技的发展，雷达技术也不断取得重大突破。
相控阵雷达和MIMO雷达是这一领域的两个重要研究方向。
相控阵雷达通过改变天线阵列中各个天线的相位和幅度，实现波束的指向和主瓣的调整；而MIMO雷达则通过多个发射机和接收机组合形成多个波束，从而提高雷达的探测性能和抗干扰能力。
2. 相控阵雷达的波束形成方法2.1 波束形成原理相控阵雷达通过调整阵列中每个天线的相位和幅度，使得天线之间的相位差满足一定的条件，从而形成一个偏好方向的波束。
具体而言，可以通过调节相位差和幅度差来产生波束，进而实现目标探测和信号优化。
2.2 自适应波束形成算法自适应波束形成算法是相控阵雷达中的一种重要技术。
其基本思想是根据输入信号的统计特性，通过自适应调整各个天线的相位和幅度，最大化期望信号的功率而最小化干扰和噪声的功率。
常用的自适应算法包括LMS算法、RLS算法等。
2.3 稳健波束形成方法稳健波束形成方法是在存在不确定性和干扰的情况下，仍能够保持较好性能的一种方法。
常见的稳健波束形成方法包括最小二乘法、正交匹配追踪算法等。
这些方法在应对目标模型不准确、环境变化或由恶意攻击引起的干扰等情况时，能够有效提高雷达的可靠性和鲁棒性。
3. MIMO雷达的波束形成方法3.1 MIMO雷达的基本原理MIMO雷达在相控阵雷达的基础上增加了多个发射机和接收机，通过合理组合这些发射机和接收机，可以形成多个波束。
相比于相控阵雷达，MIMO雷达具有更好的探测性能和抗干扰能力。
3.2 波束形成算法MIMO雷达的波束形成算法可以通过组合相控阵雷达中的自适应波束形成算法和信号处理算法。
mimo天线波束赋形
mimo天线波束赋形
（最新版）
目录
1.Mimo 天线波束赋形的概念
2.Mimo 天线波束赋形的原理
3.Mimo 天线波束赋形的应用
4.Mimo 天线波束赋形的优势与局限
正文
Mimo 天线波束赋形是一种先进的天线技术，其全称为“多输入多输
出天线波束赋形”。
这种技术主要应用于无线通信系统，尤其是无线电信
号传输和接收方面。
通过使用多个发射天线和接收天线，Mimo 天线波束
赋形技术可以提高信号传输的速度和质量，增强信号的抗干扰能力，从而显著提升无线通信系统的性能。
Mimo 天线波束赋形的原理是利用多个天线之间的信道独立性，通过
空间复用技术，将多个独立的数据流通过空间复用技术同时传输到接收端，从而提高系统的传输速率。
同时，通过天线间的信号处理，可以实现对波束指向的控制，从而提高信号的传输质量和抗干扰能力。
Mimo 天线波束赋形的应用广泛，不仅应用于无线通信系统，还可以
应用于雷达系统、声呐系统、导航系统等。
在无线通信系统中，Mimo 天
线波束赋形可以应用于基站和用户设备，实现更高质量的信号传输和接收。
Mimo 天线波束赋形技术的优势主要体现在提高信号传输质量和抗干
扰能力，增强系统的传输速率和可靠性，以及提高系统容量等方面。
然而，这种技术也存在一些局限，例如需要大量的天线和复杂的信号处理技术，以及对天线间距和天线方向的严格控制等。
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MIMO雷达基于子阵的波束形成性能分析
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正交波形 Ｍ Ｍ Ｉ Ｏ雷达接收阵列 的一般结构如图
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第４ ０卷 第 ４期 （ 总第 １８ ） ５期
２１年 １ ０１ ２月
火控雷达技术
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ＭＭ Ｉ Ｏ雷达和相控 阵雷 达同样 ， 规则子阵划分
数字波束形成器
数字波束形成器数字波束形成器是一种基于数字信号处理的技术，用于改善无线通信系统的传输性能和覆盖范围。
它利用多个天线和数字信号处理算法，将发射信号聚焦在特定方向上，从而增加信号传输的距离和质量。
数字波束形成器的原理是通过改变天线的辐射模式，使发射信号在特定方向上形成一个波束。
传统的天线系统往往是全向辐射的，信号在所有方向上均匀发射。
而数字波束形成器通过对每个天线的信号进行加权和相位调整，使得信号在特定方向上相干叠加，形成一个强大的波束，从而提高信号的传输效果。
数字波束形成器的优势在于它可以针对不同的传输场景和要求进行灵活的调整。
通过调整天线的权重和相位，可以改变波束的形状、方向和宽度，适应不同的传输环境。
例如，在城市中心区域可以采用狭窄的波束，以增加信号的穿透能力和抗干扰能力；而在郊区或乡村地区，可以采用宽波束，以增加信号的覆盖范围。
数字波束形成器的另一个重要应用是多用户的空分多址技术。
在传统的无线通信系统中，多个用户之间的信号会相互干扰，降低信号质量。
而数字波束形成器可以通过对每个用户的信号进行加权和相位调整，将不同用户的信号分别聚焦在不同方向上，从而减小互相之间的干扰，提高系统的容量和效率。
除了在无线通信系统中的应用，数字波束形成器还可以用于雷达系统、声纳系统等领域。
在雷达系统中，数字波束形成器可以提高目标探测的距离和精度，同时减小背景杂波和干扰的影响。
在声纳系统中，数字波束形成器可以提高目标定位和跟踪的精度，同时减小传感器之间的互相干扰。
数字波束形成器是一种利用数字信号处理技术改善无线通信系统传输性能和覆盖范围的重要工具。
它通过对天线信号进行加权和相位调整，实现了信号的聚焦和方向性辐射。
数字波束形成器不仅可以提高信号的传输距离和质量，还可以减小信号间的干扰，提高系统的容量和效率。
随着无线通信技术的不断发展，数字波束形成器将在更多的应用场景中发挥重要作用，推动无线通信系统的进一步发展和创新。
MIMO雷达基本原理
Rabideau 对发射分集 MIMO 雷达的系统结构、匹配滤波、波束形成及性能改善方 面进行了研究。 Robey 则建立了 L 波段和 X 波段的 MIMO 雷达实验系统用于研究低旁 瓣的波束形成技术。而 Bekkerman 及 Tabrikian 对发射分集 MIMO 雷达的空间覆盖、 方向图改善和最大可检测目标数目等问题进行了研究，也对其在目标检测、DOA 估计 及 CRB 方面的性能改善进行了详细研究。Sammartino 研究了目标模型对 MIMO 雷达 性能的影响。牛津大学的 Khan 则通过实验系统对收发分集 MIMO 雷达模式下球状目 标回波的信噪比改善进行了研究。在角度分集方面，新泽西技术研究所的 Fishler 等人 分析了 MIMO 雷达角度估计均方差的 Cramer-Rao 限，并研究了角度分集增益对检测 概率的改善情况。 正交波形设计是 MIMO 雷达实现的关键问题，在发射信号优化方面，Deng 利用 模拟退火算法来优化正交多相编码波形和正交离散频率编码波形。他采用的优化准则 是基于相关函数，设计的正交波形对多普勒频率很敏感。针对这个问题，Khan 用正交 矩阵设计的方法对多普勒问题进行了处理，但是当波形长度及波形个数增加的时候， 这种方法难以胜任。Yang 则从信息论的角度，基于互信息及最小均方误差估计的准则 下对正交波形的设计进行了研究，并取得了很好的研究成果。 实际上，MIMO 雷达也可以采用非正交波形集来实现任意的方向图。在这方面， 华盛顿大学研究了如何通过选择合适的信号互相关矩阵和互谱密度矩阵来逼近需要实 现的发射方向图。 MIT 林肯实验室的 Bliss 和 Forsythe 则研究了在杂波环境下用于雷达 成像的发射波形优化设计，以及在无杂波环境下用于测角的发射波形优化设计问题。 Xu 和 Li 等人则对自适应技术在 MIMO 雷达中的应用进行了研究，将目前存在的 一些方法在 MIMO 雷达下进行拓展，主要包括 Capon 波束形成及 APES 方法等，显示 了 MIMO 雷达在这些方面的优越性。同时他们也对探测信号的设计进行了研究。 MIMO 雷达的初步实验研究报道则主要有 MIT 林肯实验室的 L 波段和 X 波段 MIMO 雷达虚拟阵列降低旁瓣的波束形成以及牛津大学对球状目标回波信噪比的改善 等。 在国内，对 MIMO 雷达的研究才刚刚起步，但这方面的研究基础可追溯到上世纪 90 年代。电子科技大学从上世纪 90 年代中期开始，便开展了雷达波形数字产生技术 的研究，在总装等的支持下，已先后完成了多项数字波形产生研制任务。另外，电子 科技大学还自筹科研经费， 从 2003 年开始， 对低截获相控阵雷达技术进行了前期研究， 在系统方案，单元模块电路等方面已取得一定进展。同时，华东电子技术研究所开展
基于自适应数字波束形成的单脉冲技术分析
1绪论1绪论测控（TT&C，Tracking Telemetry and Command）系统由天上测控分系统和地面测控分系统组成，共同完成飞行器的跟踪、测距、测速、遥测和遥控任务[1]。
这就要求地面测控站能对卫星进行捕获并精密跟踪。
跟踪雷达[2]的作用是对飞行目标不断的进行自动跟踪，并把角坐标的数据经过计算装置处理后传给跟踪系统，以便进行瞄准。
它为了完成跟踪的作用，就要求波束的主瓣指向目标后，波束也必须连续跟随目标移动，以保证天线波束的主瓣指向不断的对准运动的目标，并随时测定目标的瞬时坐标数据，以实现天线对目标的跟踪。
一般以天线轴指向目标作为瞄准目标的依据；一旦运动目标偏离天线轴的指向，天线系统就会自动出现一个天线轴指向偏离目标的误差信号，它通过放大和变换等处理后，去控制电动机驱使天线向着减小误差信号的方向转动，直至天线轴又重新指向目标，使误差信号消失为止，这就是实现自动跟踪的方法。
1.1论文研究的背景和意义随着导弹、火箭、人造卫星和宇航技术的发展，对跟踪雷达的跟踪速度、跟踪精度、跟踪距离和抗干扰能力都提出了越来越高的要求。
近几十年以来，精密跟踪雷达的技术不断发展进步。
连续波雷达的跟踪方法大致有以下几种[2]：波束转换、圆锥扫描和单脉冲技术。
采用顺序比较波瓣法的圆锥扫描天线体制已经不能满足跟踪高速飞行器的要求，这是由于这种体制必须在馈源绕天线轴旋转一周后才能判明目标的方向，这就限制了跟踪速度；在波束扫描过程中，目标运动状态的变化引起回波信号幅度的起伏，给误差信号附加上一个调幅干扰，降低了角度跟踪精度；另外，由于目标的闪烁、大气层的不稳定和极化的偏转等因素所引起回波信号的变化，都会造成严重的跟踪误差。
单脉冲跟踪采用同时比较波瓣法，即由单脉冲天线同时产生几个波束，用几个独立的接收支路，同时接收这几个波束从目标反射的单个回波信号，然后将这些回波信号加以比较来获取目标的角误差信号，所以称为单脉冲跟踪。
自适应数字波束形成在大型面阵中的应用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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境 自适 应地 形成 零 点 ， 时实现 天线超 低 副瓣性 能 的 问题 。仿 真 结果表 明 了方 法的 有效性 。 同
关键词 ： 型 面 阵 ；数 字 波 束 形 成 ；对 角 加 载 ； 低 副 瓣 大 超
中图 分 类 号 ： ＴＮ ８ １ ８； ２ ＋． ＴＮ９ ８ ９ ５．２ 文 献 标 志码 ： Ａ
MIMO雷达技术及其应用研究
MIMO雷达技术及其应用研究作者：刘涛来源：《无线互联科技》2015年第12期摘要：随着科学技术的迅速发展，雷达技术水平的不断提高。
MIMO雷达作为一种新体制雷达，在遥感、导航、资源探索、气象预报、天体研究等民用领域和国防等领域被广泛应用，并且充分发挥了其积极的作用。
文章从MIMO雷达概述入手，就其技术和应用进行了详细的探究。
关键词：MIMO；雷达；空间分集；成像MIMO作为一种新兴体制的雷达，在跟踪、目标定位、参数估计和目标检测等方面具有比传统雷达更高的优势，所以其已经逐渐成为雷达技术领域的研究热点。
下面就MIMO雷达技术及其应用方面的内容进行了探究，以期更好地指导后续相关方面的研究和应用的开展。
1 MIMO雷达概述1.1 MIMO雷达的含义MIMO雷达又被称为多输入多输出系统，其最初主要只是作为控制系统中的一个概念被提出，而在雷达领域中则指代相应的雷达系统具有多个输出和输入。
如果将相应的通信传输通道比作一个完整的系统，则相应的系统通信信道的输入信号和输出信号则就相应的指代发射信号和接收信号。
另外，MIMO雷达在探测目标的时候可以借助多个正交信号，并且所有的发射信号均可以由接收端的各个阵元来进行接收，同时也可以需要采取滤波组来尽量获得更可能多的多路回波从而额可以大大提高观测通道的数目和雷达的整体性能。
1.2 MIMO雷达的工作原理MIMO雷达可以在多阵元天线结构的基础上实现正交信号的同时发射，并且可以做到M 发N收，即MIMO雷达可以借助N个接收阵元来接收相应的多个波形信号。
鉴于不同信号之间的正交特性，所以即便是多个发射信号也不会出现相互干扰的问题，可以始终保持独立性，同时这样也可以使相应的发射和接收物理空间保持MN个通道，且每个特定的通道均与一个发射阵元及其对应的接收路径和收发阵元的位置和所接受。
另外，接收端的各个接收阵元会配有M个发射波形来匹配对应的M个滤波器，接着通过分选正交性就可以获得相应的MN通道回波数据。
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本 文研 究 了基 于 Ｍ ＭＯ 雷 达 系 统 的 对 角 加 载 Ｉ Ｓ Ｉ自适 应数 字 波 束 形 成 算 法 ， 论 了 Ｄ Ｍ 讨 Ｌ加 载 值 的问题 ， 并从 干扰 自由度 的 角度 分 析讨 论 了 ＭＩ ＭＯ
雷 达系 统 中 自适应 处 理模块 的 位置 问题 。
数 更高 、 发 孔 径 利 用 更 充 分 、 收 角分 辨 率 更 高 的优
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自适 应 数 字 波束 形 成 在 ＭＩ ＭＯ雷 达 中 的应 用
郭 贺 李 军
（ 电子科技 大 学 成都 ６ １３ ） １７ １
【 摘要】 Ｉ Ｏ雷达是近几年来发展起来的一种新体制 雷达 ， ＭＭ 由于采用空间分集与信号分集技 术， 相
对 于传 统相控 阵雷达在 目标检 测及 参数估 计 性能都 有很 大提 高。文 中主要 研 究 ＭＩ ＭＯ雷达 的 系统 的 自适 应数 字波 束形 成算 法 ， 绍 了基 于 ＭＩ 雷达 的 Ｓ 介 ＭＯ ＭＩ自适应 Ｄ Ｆ算 法 ， 算 法有 较好 的性 Ｂ 该
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能， 易于 实现 。针 对 于空 间 中的有 源干扰 ， 自由度 的 角度讨 论 分析 了 ＭＩ 从 ＭＯ雷达 处理 系统 中 自适
应 模 块 的 位 置 问题 。
关键词 ： Ｉ 雷达 ； Ｍ ＭＯ 自适 应 数 字波 束形 成 ； 样 矩 阵求 逆 ； 采 干扰 自由 度
中图分类号 ：Ｎ ５ Ｔ ９７
１ 引 言
ＭＩ ＭＯ在 雷 达 中的应用 也受 到越 来 越 多 的学 者
的关 注¨ ＭＩ Ｏ雷 达能 够 以波形 分集 的方式 来 大 。， Ｍ 大 改善 雷达 的性 能 ， 有 很 多 的优 点 ， 处 理 维 具 如
成 技术 研究 则不 多 ， 相应 的处 理系统 更 为少见 。
Ｇｕ ｏ Ｈｅ，Ｌ ｕ ｉ ｎ Ｊ
（ ｎｖｒ ｔ ｏ ｌ ｔ ｎｃ ｃ ｎｅａ ｄ Ｔｃ ｎｌ ｙｏ ｈｎ ，Ｃ ｅｇ ｕ６ ３ ） Ｕ ｉ ｓｙ ｆＥｅ ｒ ｉ Ｓ ｉ ｃ ｎ ｅ ｏ ｇ Ｃ ｉａ ｈｎ ｄ １ ７ ｅ ｉ ｃｏ ｅ ｈ ｏ ｆ １ １
Ａｂｔａ ｔ Ｔ ｅｍｕｔ ｌ— ｐ ｔｍ ｌｐｅｏ ｔｕ ＭＩ ｓｒｃ ： ｈ ｌｐｅｉ ｕ ｕｔ ｌ—ｕｐ ｔ（ ＭＯ）ｒｄ ｒｉ ａｎ ｗ ｒｄ ｒｓｓ ｍ ｄ ｖｌ ｅ ｎ ｒｃｎ ｙ ａｓ ｉ ｎ ｉ ａａ ｓ ｅ ａ ａ ｙｔ ｅｅｏ ｄ ｉ ｅｅ ｔ ｅｒ． ｅ ｐ
文献标志码 ： Ａ
文章编号 ：０ ８８ ５ （０ ０ ０ －３ －５ １０ —６ ２ ２ １ ）４０ １ ０
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第３ ９卷 第 ４期（ 总第 １４期 ） ５ ２１ ０ ０年 ｌ２月 火控 雷达技术
Ｆ ｒ ｏ ｔｏ Ｒ ｄ ｒＴ ｃ ｎ ｌｇ ｉ Ｃ ｎ ｒ ｌ ａ ａ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｅ
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点 。并 能够 同时 完成 对 目标 检 测 和 跟 踪 ， 以及 利 用 空 间分 集对抗 目标 Ｒ Ｓ闪烁 等 。 Ｃ
自适 应 数字 波束 形 成 （ Ｄ Ｆ 技术 具 有快 速 自 Ａ Ｂ）
２ ＭＩ ＭＯ雷 达 系统 模 型