MIMO雷达的信号处理方法研究
MIMO雷达基于子阵的波束形成性能分析
第４０卷第４期（总第１５８期） ２０１１年１２月 火控雷达技术 Ｆｉｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｒａｄａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．４（Ｓｅｒｉｅｓ １５８） Ｄｅｃ．２０１１
ＭＩＭＯ雷达基于子阵的波束形成性能分析
黄文俊孙颖
（电子科技大学成都６１１７３１）
【摘要】ＭＩＭＯ雷达是近几年发展起来的一种新体制雷达，已成为雷达领域中的研究热点。结合机
载ＭＩＭＯ雷达在采用子阵级阵列处理时遇到的栅瓣问题，本文介绍了规则子阵划分方法，将时分虚
拟技术应用到ＭＩＭＯ雷达中，引出时分虚拟重叠发射子阵技术，分析了不同划分方法下的波束形成
并给出仿真结果和分析结论，得到一些有用结果。对当前研究的机载ＭＩＭＯ雷达子阵划分及栅瓣 抑制问题有一定意义。 关键词：ＭＩＭＯ雷达；子阵划分；栅瓣；时分虚拟重叠子阵
中图分类号：ＴＮ９５７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８－８６５２（２０１１）０４－０８１－０６
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＭＩＭＯ Ｒａｄａｒ Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｓｕｂａｒｒａｙ
Ｈｕａｎｇ Ｗｅｎｊｕｎ，Ｓｕｎ ｒｉｎｇ （Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆＣｈｉｎａ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１１７３１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ—ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）ｒａｄａｒ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｏｆ ｒａｄａｒ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ａｎｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｈｏｔｓｐｏｔｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｌｅｄ ｏｆ ｒａｄａｒ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｇｒａｔｉｎｇ ｌｏｂｅｓ ｏｃｃｕｒｒｅｄ
ｉｎ ａｄｏｐｔｉｎｇ ａｒｒａｙ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｔ ｓｕｂａｒｒａｙ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ａｉｒｂｏｒｎｅ ＭＩＭＯ ｒａｄａｒ，ａ ｒｅｇｕｌａｒ ｓｕｂａｒｒａｙ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｉｓ ｐｒｏ— ｐｏｓｅｄ．Ａｐｐｌｙｉｎｇ ａ ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｖｉｒｔｕａｌ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｔｏ ＭＩＭＯ ｒａｄａｒ ｄｅｖｉａｔｅｓ ａｎ ｔｉｍｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｖｉｒｔｕａｌ ｏｖｅｒｌａｐｐｅｄ ｔｒａｎｓ—
MIMO雷达中数字波束形成的原理和实现方法
MIMO雷达中数字波束形成的原理和实现方法
摘要：高测角精度是雷达的重要指标之一，数字波束形成在MIMO雷达是提升测角精度的关键，而数字波束形成中雷达系统的发射波束指向精度以及旁瓣的宽度是影响数字波束形成的关键。本文分析了在MIMO雷达中波束形成的的原理，并依据实际MIMO雷达系统模型做出了仿真分析，有很好的波束指向性和旁瓣抑制能力。
关键字：MIMO雷达；数字波束形成；波束指向；旁瓣抑制；
1.引言
数字波束形成技术是建立在模拟波束形成的基础上发展起来的，它融合了数字信号处理的方法，利用波束形成可以获得良好的波束指向性，可以更好的形成波束改善角度分辨率，还可以形成独立的可控的多波束，并有良好的低副瓣性能。数字波束成形指把阵列天线输出的信号进行A/D转换器后送到数字波束形成的处理单元，完成对各路的加权处理，形成所需的波束。
2.数字波束形成的基本原理
在阵列天线上采用控制不同天线相移量的方法来改变各阵元发射信号的相位，从而实现波束的形成与扫描。图1就是阵列天线的示意图。
图1 N元阵列天线图
上图所示，有N个阵元天线，其相邻阵元天线的间距为d。假设每一个阵元的辐射都是点辐射，且无方向性，所有阵元的都是等幅度的，移相器的相依量依次从至)1(N。我们不妨分析偏离法线方向处一点，近似看作很远，忽略距离上引起的幅度差，来描述在该点的场强)(E，则
10)(0)()(NkjkeEE （1）
上式中，sin20d指由于波程差导致的相邻阵元的相位差，为波束的指向角，为相邻阵元移相器的相位差，运用数学知识将式（1）化简为 (N-1)21N-1 2 0 1 .......
0移相器 sind )](21[00)()(000)](21sin[)](2sin[)(11)()(NjjjNeNEeeEE （2）
MIMO雷达技术综述
MIMO雷达技术综述
赵永波;刘宏伟
【摘 要】Multiple input multiple output(MIMO) radar is a new kind of
system radar which introduces the multiple-input multiple-output
technique from wireless communication field into the field of modern
radars with the combination of digital array signal processing .Due to the
waveform diversity ,MIMO ra-dar has many advantages compared with
traditional phased array radar .To fully understand the MIMO radar ,we
make a comprehensive review for MIMO radar .Firstly ,the concept and
principles of MIMO radar are introduced ,while the relation between the
MIMO radar and phased array radar is revealed sim-ultaneously .Then ,based on the performance analysis of MIMO radar ,we
give advantages and disadvan-tages of MIMO radar in applications
compared with conventional phased array radar .Finally ,combined with
MIMO雷达目标空间和频率散射多样性研究
第３２卷第１期
２０１０年１月 电子与信息学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＶｌＯ１．３２Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２０１０
ＭＩＭＯ雷达目标空间和频率散射多样性研究
周生华 刘宏伟
ｆ西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室 西安７１００７１）
摘要：该文利用２维圆形散射点模型，研究了窄带频率和空间分集ＭＩＭＯ雷达接收通道中的目标回波的统计特
性，结果表明目标回波信号本身服从高斯分布，目标回波信号之间的相关系数是等效频率间隔和目标尺寸的函数，
空间分集雷达和频率分集雷达的区别在于等效频率间隔的定义。基于散射点模型的数值试验表明该相关系数是有效
的。
关键词：分集雷达；散射多样性；ＭＩＭＯ雷达
中图分类号：ＴＮ９５８．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—５８９６（２０１０）０１—００３８—０５
ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１１４６．２００８．０１５３６
Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｐａｔｉａｌ ａｎｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ＭＩＭＯ Ｒａｄａｒ Ｔａｒｇｅｔｓ
Ｚｈｏｕ Ｓｈｅｎｇ—ｈｕａ Ｌｉｕ Ｈｏｎｇ－ｗｅｉ
（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂ ｏｉ Ｒａｄａｒ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｘｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｒａｄａｒ ｔａｒｇｅｔ ｅｃｈｏｅｓ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ｏｎ ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ＭＩＭ０ ｒａｄａｒ．ｗｉｔｈ ａ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｒｏｕｎｄ ｓｈａｐｅｄ ｓｃａｔｔｅｒｓ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔａｒｇｅｔ ｅｃｈｏ ｉｎ ａｎｙ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ ｆｏｌｌｏｗｓ ａ Ｇａｕｓｓｉａｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔａｒｇｅｔ ｅｃｈｏｅｓ ａｒｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｔｅｒｖａｌ（ＥＦＩ）ａｎｄ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｓｉｚｅ．Ｓｐａｔｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ａｎｄ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｒａｄａｒ ａｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ＥＦＩ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｃａｔｔｅｒｓ ｍｏｄｅｌ ｖｅｒｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ． Ｋｅｙｓ ｗｏｒｄｓ：Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｒａｄａｒ；Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ；Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）ｒａｄａｒ
基于MIMO技术的相控阵雷达及目标检测方法
第２６卷第４期 ２０１２年Ｏ８月 空军雷达学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｒａｄａｒ Ａｃａｄｅｍｙ 、，０１．２６ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１２
文章编号：１６７３—８６９１（２０１２）０４—０２３５—０５
基于ＭＩＭＯ技术的相控阵雷达及目标检测方法
喻龙 ， 王党卫ｚ， 马晓岩ｓ
（１．空军预警学院研究生管理大队，武汉４３００１９；２．空军预警学院三系，武汉４３００１９；３．空军预警学院，武汉４３００１９）
摘要：针对传统的相控阵雷达存在的高硬件复杂度问题，提出了一种基于多输入多输出（ＭＩＭＯ）技术的相 控阵雷达系￣（ＭＩＭＯ．ＬＰＣ）．首先建立了ＭＩＭＯ．ＬＰＣ雷达的信号模型，对ＭＩＭＯ．ＬＰＣ系统特性进行了分析，在此 基础上给出了ＭＩＭＯ．ＬＰＣ回波相位补偿以及目标检测方法．利用仿真数据对所提出系统和目标检测方法的有 效性进行了测试．测试结果表明，采用恒虚警目标检测方法，ＭＩＭＯ—ＬＰＣ的检测概率与相控阵雷达的检测概率基 本相同，从而证实了所提出系统和检测方法的有效性．该系统为减少大型远程相控阵雷达的经济成本提供了一 种方法． 关键词：ＭＩＭ０雷达；相控阵雷达；相干处理 中图分类号：ＴＮ９５８．９３ 文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１６７３—８６９１．２０１２．０４．００１
相控阵雷达天线（Ｐｃ）的波束是通过阵列上
各阵元辐射相同信号在空间相干叠加来产生，为
了在远距离空间形成具有一定二维分辨能力的 波束，常需在阵列平面上配置大量独立阵元和相
应的发射与接收组件（Ｔ／Ｒ．组件），使得系统具有
极高的阵列硬件复杂度和造价．为此，如何有效
降低相控阵天线阵元数或Ｔ／Ｒ组件成为相控阵
雷达的重要研究课题．目前，降低相控阵雷达天
线阵元数或Ｔ／Ｒ组件的方法主要有稀疏阵列
和多阶混合馈电方法 ２种．但这２种方法有
局限性，前者降低了系统的天线增益，而后者不 同阵元功率的分配随天线扫描角的变化而变化，
MIMO
第１２期 ２０１５年６月 无线互联科技 ＷｉｒｅｌｅＳＳ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．１２ Ｊｕｎｅ，２０１５
Ｍ ｌ ＭＯ雷达技术及其应用研究
刘 涛
（中国电子科技集团公司第２９研究所，９）Ｉｌ 成都 ６１００３６）
摘要：随着科学技术的迅速发展，雷达技术水平的不断提高。ＭＩＭ０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ＭＩＭ０雷达概述入手，就其技 术和应用进行了详细的探究。
关键词：ＭＩＭ０；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 ＭｌＭｏ雷达概述 １．１ ＭＩＭ０雷达的含义 ＭＩＭ０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，￣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
MIMO雷达多目标多维参数估计预处理算法
２０１３年４月 第４Ｏ卷第２期 西安电子科技大学学报（自然科学版） Ｊ０ＵＲ ＮＡＬ ０Ｆ ＸＩＤＩＡＮ ＵＮＩＶＥＲ ＳＩＴＹ Ａｐｒ．２０１ ３ Ｖｏ１．４０ ＮＯ．２
ＭＩＭＯ雷达多目标多维参数估计预处理算法
秦国栋 ，李 鹏 ，陈伯孝
（１．西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安 ７１００７１； ２．西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室，陕西西安７１００７１）
摘要：目标高速运动使得ＭＩＭ（）雷达回波信号经通道分离后各通道的距离和多普勒频率均不在同一分 辨单元，此时，无法利用传统的超分辨算法对目标距离、角度等参数进行估计．本文利用速度估计值构造补 偿因子，对回波信号进行预处理，校正距离和多普勒单元走动，再利用空间谱估计算法对目标多维参数进 行估计．仿真结果表明了所提方法与ＭｕＳＩＣ相比，具有更好的可行性和有效性． 关键词：ＭｌＭ（）雷达；空间谱估计；多维参数估计 中图分类号：ＴＮ９５８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１。０１ ２４００（２０１ ３）０２—０１０３—０７
Ｐｒｅ。。ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｕｌｔｉ－－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ
ｆｏｒ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｔａｒｇｅｔ ｉｎ ｔｈｅ ＭＩＭＯ ｒａｄａｒ
ＱＩＮ Ｇｕｏｄｏｎｇ ，Ｌ Ｐｅｎｇ ，ＣＨＥＮ Ｂａｉｘｉａｏ （１ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖ．，Ｘｉ’ａｎ ７１００７１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｋｅｙ Ｉ ａｂ．ｏｆ Ｒａｄａｒ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｘｉｄｉａｎ Ｕｎｉｖ．，ｘｉ’ａｎ ７１００７１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ（ＭＩＭＯ）ｒａｄａｒ，ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｅｃｈｏｅｓ ｏｆ ａ ｔａｒｇｅｔ ｗｉｔｈ ａ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ａｒｅ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ ｎｅｉｔｈｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｒａｎｇｅ ｂｉｎ ｎｏｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｂｉｎ．Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｒａｎｇｅ， ａｚｉｍｕｔｈ ａｎｄ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｃａｎ’ｔ ｂｅ ｅｓｔｉｍａｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａ１ ｓｕｐｐｅ卜ｒｅｓｏ１ｕｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｆｏｒｍ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｅ－ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｔｈｅ ｅｃｈｏｅｓ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ａｎｄ Ｄｏｐｐｌｅｒ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ ａｒｅ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｅｃｈｏｅｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ，ａｚｉｍｕｔｈ ａｎｄ ｅｌｅｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｔａｒｇｅｔｓ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｒｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｏｆ ＭＵＳＩＣ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ＭＩＭＯ ｒａｄａｒ；ｓｐａｔｉａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ：ｍｕｌｔｉ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ
基于循环方法的MIMO雷达波形设计
第ｌ３卷第１５期２０１３年５月 １６７１—１８１５（２０１３）１５—４３９４—０５ 科学技术与工程 Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．１３ Ｎｏ．１５ Ｍａｙ ２０１３ ⑥２０１３ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ．
通信技术
基于循环方法的ＭＩＭＯ雷达波形设计
胡晓雯 曹 宁 鹿 浩 赵鹏飞 周林燕
（河海大学 ，南京２１１１００；９２４０７部队 ，南京２１ｏ０００）
摘要提出了一种新的正交多相码，它可以应用于多输入多输出（ＭＩＭＯ，Ｍｕｌｔｉｐｌｅ—Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ—Ｏｕｔｐｕｔ）雷达系统中，增加雷 达系统的自由度，提高空间分集增益，改善雷达系统的整体性能。该方法利用循环方式实现了发射信号的自相关和互相关函 数的最优化，给出了基于循环方法设计正交波形的步骤；并与一种经典的正交频分线性调频信号波形设计方法进行了实验比 较。仿真结果验证了该方法的有效性和优异的性能。 关键词ＭＩＭＯ雷达 正交波形 发射信号 自相关 互相关 中图法分类号ＴＮ９５７．３； 文献标志码Ａ
ＭＩＭＯ技术的主要思想是在发射和接收端均采
用多个天线，从而获得发射和接收的多个信号。它
的提出与验证已经带来了通信领域的一场革命。
多输人多输出（ＭＩＭＯ，Ｍｕｌｔｉｐｌｅ—Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ—Ｏｕｔ—
ｐｕｔ）雷达¨ 是近年来新提出的一种雷达体制，ＭＩ．
ＭＯ雷达通过发射相互独立的信号，使得多个收发
天线可以照射到目标的不同部分，从而增加了系统
的自由度，可获得更好的空间分集增益。它是将已
经在移动通信领域中日趋成熟的ＭＩＭＯ技术引入到
了雷达领域中。ＭＩＭＯ雷达是在发射端通过多个天
线发射相互正交的信号，利用波形分集和阵列技
术，形成了远远多于实际物理阵元的观测通道，并
以空间并行多收发组合方式对多观测通道进行回
波数据采集，接收端再通过多个接收天线进行接 收，后端对信号进行分选处理，体制上的创新使得
MIMO雷达波束综合研究
第３期 ２００８年６月 ．ｆｒ固雹；舛譬研宪阪罾瓤
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＣＡＥＩＴ Ｖｏｌ＿３ Ｎ０．３ Ｊｕｎ．２００８
ＭＩＭＯ雷达波束综合研究
蒋铁珍
（南京电子技术研究所，南京２１００１３）
摘要：ＭＩＭＯ雷达是近年来出现的一项新的雷达技术，也是下一代雷达发展的主要方向之一。文
章在简单介绍ＭＩＭＯ雷达的基本概念和工作过程后，主要研究了ＭＩＭＯ雷达的波束形成，利用 ＭＩＭＯ雷达多个发射天线的多个发射信号的复相关矩阵进行分析，在Ｒ完全相关和完全正交的情 况下，对ＭＩＭＯ雷达的波束形成进行仿真，同时对介于这两种情况下的波束形成优化问题进行了
研究。 关键词：ＭＩＭＯ雷达；波束形成；相关矩阵；优化
中图分类号：ＴＮ９５８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３．５６９２（２００８）０３－３１７－０４
Ｂｅａｍ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｆｏｒ ＭＩＭＯ Ｒａｄａｒ
ＪＩＡＮＧ Ｔｉｅ．ｚｈｅｎ
（Ｎａｉｊｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＭＩＭＯ ｒａｄａｒ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｒａｄａｒ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｒｅｃｅｎｔｌｙ，ａｌｓｏ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ
ｔｈｅ ｎｅｘｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｒａｄａｒ．Ａｆｔｅｒ ａ ｂｒｉｅｆ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ＭＩＭＯ ｒａｄａｒ ｃｏｎｃｅｐｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｔｈｅ ＭＩ—
ＭＯ ｒａｄａｒ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｃｒｏｓｓ—ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍａｔｒｉｘ Ｒ
ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｉｇｎａｌｓ ｆｒｏｍ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ａｎｔｅｎｎａｓ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｍａｄｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ａｎｄ ｕｎｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｃａｓｅｓ．
基于量子遗传算法的MIMO雷达正交信号波形设计
基于量子遗传算法的MIMO雷达正交信号波形设计
郝昭昕;孙进平
【摘 要】正交信号波形设计是MIMO雷达领域的研究热点,随着技术的发展,MIMO雷达对正交信号波形的性能要求越来越高.针对现有MIMO雷达正交信号波形互相关峰值较高且算法收敛速度慢的问题,为了提高长序列正交信号波形的性能,本文使用量子遗传算法,将量子计算与遗传算法相结合,进一步降低了波形的互相关峰值,降低了不同目标回波之间的相互干扰,提高了雷达系统的检测性能.仿真试验的结果表明,该方法能有效提高波形的正交性能,并加快了优化的速度.
【期刊名称】《信号处理》
【年(卷),期】2019(035)006
【总页数】8页(P1064-1071)
【关键词】MIMO雷达;正交信号波形;量子遗传算法;互相关峰值
【作 者】郝昭昕;孙进平
【作者单位】北京航空航天大学电子信息工程学院,北京100191;北京航空航天大学电子信息工程学院,北京100191
【正文语种】中 文
【中图分类】TN95
1 引言
作为探测信息的工具,雷达在军事领域中得到了广泛的应用并发挥了重要作用。相对于传统的相控阵雷达, MIMO雷达的每个阵元都有独立的波形产生器,可以发射相互独立的波形,在接收端匹配滤波后形成等效发射波束,实现波形分集[1]。同时,MIMO雷达因此具备了波形捷变的能力,并在发射波形信号的设计方面具有很高的自由度。因而MIMO雷达发射波形的设计和优化成为了一个重要的研究方向。由于MIMO雷达将相互正交的长序列波形调制在多个天线上发射,并通过多个接收天线对回波信号进行处理,因此回波信号不可避免地会产生各信号分量之间的相互模糊。为了降低不同目标回波间的相互干扰,将各信号分量进行分离,需要各信号之间具有较小的互相关能量,因此有必要对长序列正交信号波形设计进行研究。
智能优化算法是MIMO雷达正交波形设计的有效方法。文献[2]采用改进的Fletcher-Reeves算法,并以自相关旁瓣和互相关的四次方和为代价函数进行了正交信号波形设计。文献[3]利用模拟退火算法和邻域搜索的方法对正交多项码和正交频率编码波形进行了优化设计,得到了比较低的自相关旁瓣。文献[4]使用了遗传算法和邻域搜索的方法,提升了波形的性能和优化速度。文献[5]在遗传算法得到初始解的基础上使用和声算法搜寻邻域最优解。文献[6]使用遗传算法产生了任意长度的正交四相码。