机载MIMO雷达杂波建模及杂波特性分析

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机载雷达地杂波信号仿真

机载雷达的地杂波仿真实现

前言

机载雷达由于架设在运动的高空平台上，具有探测距离远、覆盖范围大、机动灵活等特点，应用范围相当广泛，可以执行战场侦察、预警等任务。在海湾战争、伊拉克战争中起到关键作用，在现代战争中越来越不可缺少，因此近年来受到广泛重视。但由于机载雷达的应用面临非常复杂的杂波环境，杂波功率很强，载机的平台运动效应使杂波谱展宽。此外，飞机运动时，杂波背景的特性会随时间变化。因此，有效地抑制这种时间非平稳和空间非平均的杂波干扰时雷达系统有效完成地面目标和低空飞行目标检测必须解决的首要问题。

从理想雷达系统设计过程中知道，雷达设计的目的提出之后，首先要考虑的是环境的影响，地海杂波环境对雷达性能的发挥是一个严重的负担，尤其是机载下视雷达，会遇到更加恶劣的杂波环境，能否正确估计杂波对雷达性能的影响，是雷达系统成败的关键之一。

。机载雷达遇到的地面杂波不仅强度大，多普勒频谱宽，而且可能在所有的距离上成为目标检测的背景；另一方面，雷达机载飞行地域广、地形地貌多种多样，仅使用一些简单的、典型的杂波数据已不能满足需要。因此，只有弄清楚地面/海面杂波的特性，才能够正确地确定机载雷达方案，选择主要的技术参数。例如：

1.只有根据各种地形和海面杂波的主要特征参数，并经过严格的杂波计算，才能得到比较准确的杂波强度和频谱数据，从而在这个基础上确定雷达的技术方案，对信号质量、系统动态范围、天线副瓣电平等指标提出要求。

2.只有弄清楚杂波的分布特性及参数，才能恰当的设计杂波抑制器的频率响应特性和恒虚警处理器，更加有效地消除主瓣杂波，并在一定的副杂波背景中检测目标。

MIMO雷达波形设计、应用及分布式相参发射研究

MIMO雷达波形设计、应用及分布式相参发射研究近年来，随着雷达技术的不断发展和进步，利用多输入多输出（MIMO）技术的雷达系统也日益受到关注。MIMO雷达系统通过在发射端和接收端引入多个天线，能够在保持较低的发射功率的情况下，实现波束形成、目标分辨、高性能抗干扰等功能。本文将重点探讨MIMO雷达波形设计、应用及分布式相参发射的研究进展。

首先，MIMO雷达的波形设计是实现其高性能的关键。传统雷达系统通常采用线性调频（LFM）波形，但对于MIMO雷达而言，LFM波形的应用存在诸多问题。因此，研究人员提出了一系列新的波形设计方法。例如，基于信号处理的角度多普勒聚焦（ADOF）波形设计方法，通过在角度和多普勒域内对雷达信号进行对称加权，实现目标分辨率的提高。此外，压缩感知理论在波形设计中也得到了广泛的应用，通过优化远场目标的波形特性，实现目标位置的精确估计。

其次，MIMO雷达系统在各个领域都有着广泛的应用。在军事领域，MIMO雷达通过数字波束形成技术，可以实现多个目标同时跟踪和定位，提高侦察和打击的效率。在民用领域，MIMO雷达在航空领域的应用非常广泛。例如，MIMO雷达可以在飞机起飞和降落过程中，实时监测飞机周围的航空器和地面情况，提高飞行安全性。此外，在无人驾驶领域，MIMO雷达也扮演着重要的角色，能够提供高分辨率的环境感知能力，进一步提高无人驾驶车辆的自动驾驶能力。

最后，分布式相参发射是MIMO雷达系统中的一项重要研究内容。MIMO雷达中的多个发射信号之间存在相位差，会导

机载双基地MIMO雷达波形设计与空时自适应处理研究

随着现代雷达技术的不断发展，机载雷达系统在监测和识别目标方面发挥着越来越重要的作用。机载双基地MIMO （Multiple-Input Multiple-Output）雷达系统作为一种新型雷达系统，具有高分辨率、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于飞机、卫星等机载平台上。然而，机载双基地MIMO雷达系

统的波形设计和空时自适应处理是该领域的研究热点，本文将对这一研究进行探讨。

首先，机载双基地MIMO雷达系统的波形设计是该系统的

关键技术之一。传统雷达系统多采用线性调频（LFM）波形，

这种波形具有简单和易于设计的优点，但在高速目标或多目标情况下，其分辨率和性能受到限制。相比之下，采用多载波调频（MC-FM）波形的机载双基地MIMO雷达系统能够更好地提高分辨率和距离测量精度，同时兼顾了系统的抗多目标性能。因此，在机载双基地MIMO雷达系统中，波形设计的研究非常重要。

其次，机载双基地MIMO雷达系统的空时自适应处理也是

该系统的关键技术之一。空时自适应处理是指利用多天线配置和自适应算法，通过对雷达信号的发送和接收参数进行优化调整，以实现目标的监测和识别。在机载双基地MIMO雷达系统中，空时自适应处理可通过合理配置多个天线阵列来改善系统的分辨率、方位角估计和抗干扰能力。通过空时自适应处理，机载双基地MIMO雷达系统可以有效地提高雷达的性能和效果。

在机载双基地MIMO雷达系统的波形设计和空时自适应处

理方面，研究者们提出了不少方法。在波形设计方面，研究者

MIMO雷达性能评估技术.doc

MIMO雷达性能评估技术

相控阵雷达通常存在一些不足之处。比如,发射信号时,能量只能辐射于特定方向,强大的能量可能使自己暴露在敌方侦测设备之下;工作在低仰角时,强大的杂波功率可能导致雷达接收机饱和从而无法正常工作;每个时刻只能照射某个窄区域,无法真正做到同时监控整个空域等。在相控阵基础上,仅仅改变发射信号形式,使信号相互正交,上述问题都能得到很好的解决。

这就是本论文研究的集中式MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)雷达。MIMO雷达不仅继承了相控阵的诸多优点,同时也有自己的特点:比如(1)波形分

集带来了信号处理上的差异,测角时可以收发联合处理,提高测角精度;(2)“同时多波束”处理,这可以获得更多的脉冲积累数等。这些区别给MIMO雷达带来了一些性能上的改善,如可以提高雷达速度分辨率、抗干扰能力、抗截获能力等。

因此本文主要围绕集中式MIMO雷达的基本原理对其性能展开了研究,并与对应的相控阵雷达(除了发射信号不同其他都一样)做了对比分析。本文首先简单说明了MIMO雷达的基本原理,并据此简单研究了MIMO雷达在抗截获、速度分辨率以及抗干扰等方面的特点。其次,论文详细推导了MIMO雷达的回波数学模型并给出了其信号处理的一般流程。

在该回波模型上对信号处理中的关键算法做了研究;然后证明了MIMO回波两种处理方式的等价性,并对两种处理算法的运算量做了分析与比较,选取了其中运算量小的一种方式再与相控阵雷达做比较。然后,论文研究了MIMO单脉冲测角技术。比幅法与比相法是测角最基本的两种方法,从测角精度和运算量两方面考虑,得到双波束比幅法与和差比相法性能最好,然后将其运用到MIMO雷达,根据MIMO雷达特点,测角可分为发射端、接收端以及收发联合,对MIMO雷达这些测

机载MIMO雷达地杂波功率谱仿真分析

后将各单元回波信号采用矢量相加求得相干视频信号；然后给出了机载多输入多输出雷达地杂波回波信号分别经过波束
合成和匹配滤波合成后杂波功率谱的峰值，并分析其经不同处理而获得不同增益值的原因。同时，对多天线接收和存在
干扰条件下的地杂波功率谱进行了仿真，仿真结果表明计算的正确性。关键词：地杂波；相干视频信号；机载多输入多输出雷达
ＧｒｕｕｔｒＰＳＳｍｕａｉｎａｏｎｄＣｌｔｅＤｉｌｔｏｎｄＡｎａｙｉｏｒｒｅＭＩＯｄａｌｓｓｆｒＡｉｂｏｎＭＲａｒ
ＧＯＮＧＹｕｎ．ＺＨＡＮＧｉｎｇ，ＵＮａ — ｎＬａＳＸｉｏｗｅ
机载ＭＩＭＯ雷达地杂波功率谱仿真分析
龚云，张良，晓闻孙
（南京电子技术研究所，南京２０３）１０９
摘要：首先介绍多输入多输出体制雷达的地杂波模型，采用映像法将地面划分为杂波散射单元并计算各单元的回波信号，
源自文库
（ａｊｇＲｓａｃｎｔｕｅｏｌｔｎｃｅｈｏｇ，Ｎｎｉｇ２０３，ｈｎ）ＮｎｉｅｅｒｈＩｓｔｔｆｅｒｉＴｃｎｌｙａｊ１０９ＣｉａｎｉＥｃｏｓｏｎ

MIMO雷达自适应处理与波形设计研究

随着科技的不断发展，雷达技术已经成为军事、航空、航天和民用领域中不可或缺的一部分。雷达系统在目标探测、跟踪、成像等方面发挥着重要作用。然而，传统的雷达系统受到一些限制，例如分辨率、目标数量和噪声容限等方面的限制。为了克服这些限制，并提高雷达系统的性能，研究人员开始研究多输入多输出（MIMO）雷达的自适应处理与波形设计。

MIMO雷达是一种采用多个天线进行雷达任务的雷达系统。与传统的单输入单输出（SISO）雷达相比，MIMO雷达具有多

个天线对目标进行独立观测的能力，从而提高了分辨率和抗干扰能力。然而，MIMO雷达面临着一些挑战，如波形设计、自

适应处理和跟踪等问题。

波形设计是MIMO雷达系统中一个关键的研究领域。合理

设计的波形可以提高雷达的性能，使其能够更好地探测和分辨目标。波形设计需要考虑到系统的带宽限制、目标特征、信号功率和抗干扰能力等因素。传统的波形设计方法主要采用线性调频和脉冲压缩等技术，但这些方法在MIMO雷达系统中可能

存在一些问题。因此，研究人员开始探索新的波形设计方法，例如相移键控波形和正交频分复用波形。

自适应处理是MIMO雷达系统中的另一个关键问题。由于MIMO雷达系统中存在多个目标和干扰源，如何有效地对多个

目标进行跟踪和定位，同时抑制干扰成为一个具有挑战性的问题。自适应处理技术可以根据场景和目标的特征对雷达系统进行动态调整，从而提高系统的性能。自适应处理方法主要包括波束形成、目标跟踪和数据关联等技术。通过对输入信号进行

机载相控阵雷达杂波建模与仿真-Read

第二章机载相控阵雷达杂波建模与仿真

§2.1引言

众所周知，雷达体制及工作环境不同，雷达杂波的特性也不同。机载雷达工作在下视状态，地（海）杂波是影响雷达探测性能的主要因素，因此，在研究AEW雷达CFAR检测算法之前，有必要获得对雷达杂波特性的充分认识。鉴于机载雷达的杂波与反射地类有关且随时间变化，即不同的地类（如海洋和高山）有不同的分布特性，同一地类在不同时刻分布参数也有变化。研究雷达杂波特性的方式有两种，一是对实际测量的杂波数据进行统计分析，二是结合AEW 雷达的实际体制与参数，对不同地类（如沙漠、农田、海洋、丘陵和高山等）用不同的杂波起伏模型进行建模与仿真。相比较实测数据而言，仿真数据虽然不能完全真实地反映实际环境中的复杂情况，但其也有自身的优点，如参数可以灵活控制、代价小等。

长期以来，国内外雷达界同行在雷达杂波特性分析方面做了大量的工作，建立了一系列的杂波模型。随着雷达新体制的不断涌现，对雷达杂波特性的研究也在不断的深入。新一代AEW雷达采用相控阵和脉冲多普勒（PD）体制。有关机载相控阵雷达杂波仿真问题，在以往的文献中已有涉及[115~117]。其中，文献[115]对有关雷达杂波仿真的方法进行了较为全面和详细的介绍，文献[116]讨论了平面相控阵机载雷达二维杂波数据仿真的数学模型。该模型考虑到了阵元幅相误差以及载机的姿态变化等因素，具有一定的通用性。但该模型只假设杂波的功率谱为高斯分布，幅度上无起伏，而没有考虑非高斯过程。文献[117]建立了比较了完整的杂波数据库，但该文也只重点讨论了二维杂波谱的特性。

MIMO雷达波形设计与实时处理系统研究

摘要：随着雷达技术的不断发展，多输入多输出（MIMO）雷达系统在相控阵雷达、机载天线雷达等领域中得到了广泛的应用。MIMO雷达通过在空间和时间上对雷达波形进行优化设计，能够提高雷达系统的性能和抗干扰能力。本文针对MIMO

雷达波形设计与实时处理系统进行了研究，并通过实验验证了所提出的MIMO雷达系统的性能。

一、引言

雷达作为一种重要的感知技术，在军事、民用、交通等领域有着广泛的应用。随着雷达技术的不断发展，MIMO雷达系统由

于其对信息及干扰的处理能力更强，逐渐成为研究的热点之一。MIMO雷达系统采用多根发射天线和多个接收天线来实现空间

分集和空间谱处理，进一步提高了雷达系统的性能。

二、MIMO雷达波形设计原理

MIMO雷达波形设计的关键在于选择合适的波形参数，以使得

雷达系统具备良好的抗干扰能力和获取目标信息的能力。在MIMO雷达系统中，波形设计的主要目标是提高信号的特征信

息和降低多径效应带来的影响。常用的波形设计方法包括线性调频脉冲压缩（LFM-PC）、码技术（如扩频码波形）和频率分集波形等。

三、MIMO雷达实时处理系统设计与实现

为了实现MIMO雷达系统的实时处理，需要设计一个高效的系

统架构和相应的算法。实时处理系统的设计要求系统具备快速的数据接收、处理和传输能力，以满足雷达系统对实时性的要求。

1. 系统架构设计

MIMO雷达实时处理系统的整体架构主要包括前端接收模块、

数字化模块、特征提取和目标识别模块以及通信控制模块等。前端接收模块负责接收和放大雷达信号，数字化模块负责对接收到的信号进行数字化处理和采样，特征提取和目标识别模块则根据波形设计原理对信号进行处理和分析，最后通信控制模块将处理结果传输给后续的处理单元。

MIMO雷达波形设计

雷达技术在军事、航空、气象、地质勘探等领域中起着至关重要的作用。为了提高雷达系统的性能，科学家们一直致力于不断改进雷达波形设计。多输入多输出（MIMO）雷达波形设计是一种新兴的方法，可以显著提高雷达系统的性能。本文将介绍MIMO雷达波形设计的原理、优势以及在不同应用领域的应用。

MIMO雷达波形设计基于多个天线之间相互干涉的原理。MIMO雷达系统中，发送和接收天线的数量均大于1个。通过同时使用多个发送和接收天线，MIMO雷达可以利用信道的空间多样性来实现空间波束形成和目标成像。相较于传统的单输入多输出（SIMO）或单输入单输出（SISO）雷达系统，MIMO 雷达具有更好的性能。

首先，MIMO雷达可以通过编码和调制技术实现频谱效率的提高。通过将多个发送天线上的波形进行合理编码和调制，MIMO雷达可以在相同带宽条件下传输更多的信息。这使得雷达系统可以同时实现高精度目标参数估计和高速数据传输。

其次，MIMO雷达波形设计可以提高雷达系统的抗干扰能力。通过采用适当的波形设计方法，MIMO雷达可以在复杂的信号环境下抑制多径干扰和杂波干扰。此外，MIMO雷达还可以利用多天线的空间分离性来抑制多用户干扰，提高系统的鲁棒性和安全性。

另外，MIMO雷达波形设计还可以提高雷达系统的分辨率和成像能力。通过合理选择发送和接收天线的配置，MIMO雷达可以实现高分辨率的目标成像。同时，MIMO雷达还可以通

过波束形成技术实现主动干涉成像，进一步提高目标检测和识别的准确性。

在不同应用领域中，MIMO雷达波形设计具有广泛的应用

MIMO雷达波形设计的开题报告

一、选题背景

多输入多输出（MIMO）雷达技术近年来得到快速发展。相比于传统单输入单输出（SISO）雷达，MIMO雷达在波束形成、目标检测性能、抗干扰能力等方面具有更大的优势。同时，MIMO雷达可以利用多个天线传输不同的波形，进一步提高雷达系统的性能。波形设计是MIMO雷达关键技术之一，正确定义的波形可以提高雷达系统的性能，最大化雷达感知能力。

二、选题意义

MIMO雷达波形设计是MIMO雷达研究中的关键问题，是实现MIMO雷达系统性能优化的重要手段。合理的MIMO雷达波形设计能够提高雷达的物理分辨率，增加目标检测概率，提高抗干扰能力，进而提高雷达系统整体性能。

三、选题方案

1. 阅读MIMO雷达波形设计相关的文献和研究成果，了解当前研究状况和存在的问题。

2. 分析当前MIMO雷达波形设计中的主要挑战和难点，包括波形的设计方法、MIMO雷达的信号模型、波形的优化算法等。

3. 结合最新的研究成果和发展动态，设计和开发一种高效可行的MIMO雷达波形设计算法，以提高雷达感知能力和系统性能。

4. 在实际雷达场景下对所设计的MIMO雷达波形进行实验和性能测试，以评估算法的可行性和有效性。

四、选题目标

本项目旨在设计和实现一种高效可行的MIMO雷达波形设计算法，以提高雷达感知能力和系统性能。具体目标如下：

1. 深入探究MIMO雷达波形设计中的核心技术，分析MIMO雷达波形设计中的挑战和难点。

2. 设计出基于MIMO雷达信号模型的波形设计算法，包括波形的生成、优化、选择等步骤，以提高雷达感知性能。

机载预警雷达杂波仿真与分析

ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｌｕｔｔｅｒｆｏｒＡｉｒｂｏｒｎｅＥａｒｌｙＷａｒｎｉｎｇＲａｄａｒ
ＮＩＵＬｉ — ｍｉｎ，ＤＵＫｕｉ，ＺＨＡＮＧＣｈｕｎ — ｃｈｅｎｇ
波的形成机理及其功率谱特性认识最为关键。通
１引言
ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｃｌｕｔｔｅｒ ’ Ｓｒａｎｇｅ－Ｄｏｐｐｌｅｒｓｐｅｃｔｒｕｍｈａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｒａｄａｒｄｅｓｉｇｎ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
于工程实践的仿真方法。对前视阵、正侧阵和斜侧阵三种阵面构型条件下仿真数据与实测数据的对比，验
证了该仿真方法的有效性。最后分析了机载雷达预警杂波仿真在实际雷达研制过程中的应用。关键词：机载预警雷达；杂波；仿真与分析；距离一多普勒谱中图分类号：ＴＮ９５７文献标识码：Ａ文章编号：１６７２ — ２３３７（２０１３）０３ — ０２３６ — ０５

MIMO雷达概念及其技术特点分析

何子述;韩春林;刘波

【期刊名称】《电子学报》

【年(卷),期】2005(033)00z

【摘要】多输入多输出(MIMO)雷达是近年来出现的一项新的雷达技术.论文在对MIMO雷达概念和发展过程作了简单描述后,首先对基于发射分集的MIMO雷达系统原理作了详细介绍,分析了其在抗雷达信号截获、强杂波中弱目标检测、低速目标检测等方面的性能改善,指出了其可能的应用方向.论文接下来对收发全分集的MIMO雷达构成原理进行了讨论,给出了目前已取得的初步理论结果和仿真实验结果,说明了其在目标检测、目标参数估计、目标识别和分辨等方面具有的良好性能.论文最后对两种MIMO雷达体制进行了分析比较,讨论了二者的特点和目前的可实现性,指出了待解决的理论问题和实现中的技术问题.

【总页数】5页(P2441-2445)

【作者】何子述;韩春林;刘波

【作者单位】电子科技大学电子工程学院,四川成都,610054;电子科技大学电子工程学院,四川成都,610054;电子科技大学电子工程学院,四川成都,610054

【正文语种】中文

【中图分类】TN971.2;TN911.72

【相关文献】

1.基于MIMO雷达技术的导引头角闪烁抑制技术研究 [J], 李小龙;王星;程嗣怡;金政芝

2.MIMO雷达概念及其技术特点分析 [J], 何子述;韩春林;刘波

3.MIMO雷达导引头正交波形设计与应用技术 [J], 王静;郑巧珍;张鹏;佘彩云;邹小东

4.MIMO雷达微弱目标长时积累技术综述 [J], 陈小龙;黄勇;关键;宋伟健;薛永华

MIMO雷达参数估计方法研究的开题报告

开题报告

一、研究背景与意义

随着雷达技术的发展和应用的广泛，MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）雷达已逐渐成为研究的热点。相比于传统单站雷达，MIMO雷达可以利用多个发射和接收天线阵列，大大提高雷达的探测和定位精度，增加了雷达系统的灵活性和可靠性，具有广泛的应用前景。MIMO雷达在民用方面的应用主要包括医学成像、辅助驾驶、低空目标探测等领域，而在军事领域中则主要涉及到目标侦测、跟踪、识别和反制等。因此，如何优化MIMO雷达系统的性能，提高MIMO雷达的调制和

参数识别技术是当前需要解决的关键技术问题。

其中，参数估计技术是MIMO雷达系统中最为重要和复杂的问题之一。在MIMO雷达中，发射天线之间、接收天线之间和发射-接收之间存

在丰富的空时通道特性，各个通道之间往往存在参数差异，包括时延、

相位变化、幅度衰减等差异。因此，对于参数估计技术的研究和开发不

仅可以有效提高雷达系统的性能，而且能够延伸雷达的应用领域。

二、研究内容

本文将围绕MIMO雷达参数估计技术进行研究。主要包括以下内容：

1.空时信道建模

MIMO雷达中，空时信道模型是参数估计技术研究的基础，也是建

立MIMO雷达的物理模型，需要准确描述出雷达和目标之间的空时特性，建立其数学模型。本研究将结合理论分析和实验数据，研究不同天线阵

列的空时信道模型，以便更好的开展后续参数估计。

2.参数估计算法

参数估计算法是本文的重点研究之一。本文将尝试采用基于波束形

成的算法、基于最大似然估计的算法、基于压缩感知的算法等进行研究，以解决在MIMO雷达中时延、角度、速度等参数估计问题。

机载MIMO雷达杂波建模及杂波特性分析

在２００４年提出的。它成功借鉴了在通信领域取得
巨大成功的多输人多输出技术，雷达系统通过使
独特的时间一量管理技术来实现多个独立波束同能
时照射目标，而有效改善雷达的性能。ＭＩ从ＭＯ
雷达具有处理维数高、收发孔径利用充分、分辨角
形式；最后对不同信号形式和不同误差条件下机载ＭＩＭＯ雷达的杂波功率谱和特征谱进行了仿真分析。仿真结果表明，载ＭＩ机ＭＯ雷达与机载相控阵雷达有相似的杂波分布，其杂波自由度显著增加；射信号从但发正交向相干的退化过程中，波在空时二维平面形成主副辫并逐渐锐化。杂关键词：载ＭＩ机ＭＯ雷达；波建模；杂波空时分布；杂波自由度杂中图分类号：９９ＴＮ５文献标识码：Ａ文章编号：６２２３（０００ —２９０１７ —３７２１）４０８—７
几何模型，后给出发射信号完全正交和不完全然
２０９

MIMO雷达目标子空间建模与检测性能分析

ｒｄｒｗｉｈｔｅｓｍｅｓｚｆａｔｎａｂｓｄｓｔｅａｖｎａｅｏｏ－ｏｅｅｔａｃｍｕａｉｎａａｔｈａｉｅｏｎｅｎｅｉｅｈｄａｔｇｆｎｎｃｈｒｎｃｕｌｔ．ｏＫｅｒｓＭＩＯａａ，ｉｔｉｕｅｐｒｕｅ，ｎａｉｎｅｔｍｕｔｉｎｉｎｌｓｇａｄｌｇｏｈｙｗｏｄ：Ｍｒｄｒｄｓｒｂｔｄａｅｔｒｓｉｖｒａｔｔｓ，ｌｉｍｅｓｏａｉｎｌｍｏｅ，ｒｗｔ－ｄ
ｉｖｒａｔｔｅｒｓｕｅｏｃｎｔｕｔｓｖｒｌｅｔｎｔｔｓｉｓｆｒｔｉＩＯａａｙｔｍ．ｅｓｍｕａｉｎｎａｉｎｈｏｙｉｓｄｔｏｓｒｃｅｅａｓｉｇｓａｉｔｃｏｈｓＭＭｔｒｄｒｓｓｅＴｈｉｌｔｏｓ
ｔｒｅ，ｔｅＭＩａｇｔｈＭＯａａｙｔｍａｎｔｅｄａｔｇｆｓｐｒｓｉｇｍａｎｏｅｃｕｔｒｏｅｈｓｄａｒｙｒｄｒｓｓｅｈｓａｏｈｒａｖｎａｅｏｕｐｅｓｎｉｌｂｌｔｅｖｒｐａｅ —ｒａ
ＭＩＭＯ雷达目标子空间建模与检测性能分析

两种机载雷达的地杂波模型与仿真方法_苏卫民

描而进行机械扫描 , 仍然可以等效为常规的单天线 ,
见图 1 .1 。将其与图 2 .1 进行比较可以发现 , 单天
线的情况可以看作是阵列天线只有一个参考阵元 1
接收杂波信号时的特例。令(2 .1)式中 ΔΥ(u , θ,
φ)=0 , 得
∫π
X (t)= G(θ, φ)· A(θ)exp(JB(θ))·
2 机载预警雷达的杂波模型与仿真
机载预警雷达一般都采用相控阵体制 , 它与地
杂波单元之间的几何位置关系如图 2.1 所示 , 其中
雷达天线简化为一个线阵。尽管实际使用的可能是
平面阵 , 但处理时为减小运算量 , 一般都先对其各列
作微波合成构成一个等效的线阵 , 再对其作自适应
处理 , 所以这里以线阵为基础讨论相控阵雷达的地
迹分布 , 这个椭圆称之为杂波椭圆(如图 2.4 所示), 其坐标很容易可以推出[ 5]
x
y
=4πλv cos(θ+α)cosφ = 2λπcos θcos φ
θ∈ [ 0 , π)
(2 .3)
图 2 .2 仿真地杂波功率谱(α=0) Fig .2.2 Simulated clutter spectrum (α=0)
投影应当是受天线方向图 G(θ)加权的。
需要指出的是 , 以上分析的杂波谱特性是在无
多普勒模糊的条件下进行的。在机载预警雷达当

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do m (DO F) of clutter
目标、慢目标的检测能力等。目前 ,国内外许多学
1 引言
者都对 M IMO 雷达展开了大量的研究 ,主要研究方向集中在雷达系统结构研究[223] 、信号波形设
M IMO (多输入多输出) 雷达是近几年发展起来的一种新体制雷达 ,其概念首先是被 Fishler[1]
© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
2010 年第 4 期
严韬 :机载 M IMO 雷达杂波建模及杂波特性分析
2 91
何关系近似不变。
© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
2 90
雷达科学与技术
第 8 卷第 4 期
正交两种情形的杂波数学模型 ;第 3 节介绍了两种典型的正交信号 :多载频 L FM 和离散频率编码信号 (D FCW) ;第 4 节对不同情形下的机载 M IMO 雷达杂波功率谱和特征谱进行了仿真分析 ,并给出了有益的结论。
图 1 机载 MIMO 雷达阵列几何模型
对于机载 M IMO 雷达 ,其最大的优势是通过
虚拟阵列来增加雷达系统的自由度。理想情况
下 ,机载 M IMO 雷达发射的是正交信号 , 每个接
收阵元后端都接有一组 M 个匹配滤波器 , 每个滤
波器与一种发射信号匹配。在远场条件下 , 第 n 个
接收阵元的第 m 个匹配滤波器输出的回波信号可
计[429 ] 、目标检测性能[10211 ] 及空间谱估计[12 ] 等方面 ,研究对象主要以地基雷达为主。
在 2004 年提出的。它成功借鉴了在通信领域取得巨大成功的多输入多输出技术 ,使雷达系统通过独特的时间2能量管理技术来实现多个独立波束同时照射目标 ,从而有效改善雷达的性能。M IMO 雷达具有处理维数高、收发孔径利用充分、角分辨
摘要 : 机载 M IMO 雷达通过将 M IMO 技术应用到机载雷达 ,显著增加了雷达的系统自由度 ,改善了机载雷达的杂波抑制性能。首先建立了机载 M IMO 雷达的杂波数学模型 ;然后给出了两种典型的正交信号形式 ;最后对不同信号形式和不同误差条件下机载 M IMO 雷达的杂波功率谱和特征谱进行了仿真分析。仿真结果表明 ,机载 MIMO 雷达与机载相控阵雷达有相似的杂波分布 ,但其杂波自由度显著增加 ;发射信号从正交向相干的退化过程中 ,杂波在空时二维平面形成主副瓣并逐渐锐化。
同决定的。与传统机载相控阵雷达相比 , 其目标响
应相当于有 M N 个自发自收阵元的天线阵列的响
2. 2 机载 MIMO 雷达杂波模型
在机载 M IMO 雷达杂波建模过程中 ,首先作如下假设[13 ] :
(1) 载机作匀速直线飞行 ; (2) 杂波源统计特性在空间上相互独立 ,在时间上相关平稳 ; (3) 在同一个距离环内 ,杂波无起伏 ; (4) 在相干处理距离内 ,载机移动距离远小于雷达与杂波间的斜距 ,即雷达与杂波源的相对几
机载 M IMO 雷达通过将 M IMO 技术应用到机载雷达 ,显著增加了雷达的系统自由度 ,改善了机载雷达的杂波抑制性能。本文研究机载 M IMO 雷达的杂波分布特性 ,其安排如下 :第 1 节为 M I2 MO 雷达背景知识介绍 ; 第 2 节建立机载 M IMO
率高的优点 ; 可以兼顾大空域搜索和空域覆盖率雷达的杂波模型 ,首先基于 UL A ( U niform Linear
域角频率。则式 (3) 可以简化为
e cl , i ( m , n , k) = A i j (γm + n)ωs (θi ,φl) +jkωt (θi ,φl)
(5)
式中 ,γ为发收阵元的间距比。对同一距离环内杂
波单元进行累加 ,可得第 l 个距离环的杂波回波为
Nc
∑ cl ( m , n , k) =
关键词 : 机载 M IMO 雷达 ; 杂波建模 ; 杂波空时分布 ; 杂波自由度
中图分类号 : TN959 文献标识码 :A 文章编号 :167222337 (2010) 0420289207
Model and Clutter Characteristics Analysis for Airborne MIMO Radar
第4期 2010 年 8 月
Radar
雷达科学与技术
S cie nc e a nd Te c hnology
Vol. 8 No. 4
August 2010
3
机载 MIMO 雷达杂波建模及杂波特性分析
严韬 , 谢文冲 , 王永良
(空军雷达学院雷达兵器运用工程重点实验室 , 湖北武汉 430019)
A e ( 6) i j (γm + n)ωs (θi ,φl) +j kωt (θi ,φl)
YAN Tao , XIE Wen2chong , WAN G Yong2liang ( Key Research L ab , A i r Force R adar A ca dem y , W uhan 430019 , Chi na)
Abstract : Based on t he applicatio n of M IMO technology to airborne radar , t he degree of f reedom (DO F)
acuminated gradually o n t he space2time plane when t he t ransmitting signals degenerate f rom ort hogonal sig2
nals to coherent signals.
Key words : airborne M IMO radar ; clutter modeling ; space2time dist ribution of clutter ; degree of f ree2
N c 为杂波单元个数。由几何关系可以知道 ,
co sψ= co sθco sφ, 且令
ωs (θi ,φl ) = 2πdR co sθi co sφl /λ
ωt (θi ,φl ) = 4πV r Tco sθi co sφl /λ
(4)
式中 ,ωs (θi ,φl ) ,ωt (θi ,φl ) 分别为空域角频率和时
ej2πk(2V r T) cosψi/λ
(3)
百度文库
式中 , m = 1 ,2 , …, M ; n = 1 ,2 , …, N ; k = 1 ,2 , …, K;
l = 1 ,2 , …, L ; i = 1 ,2 , …, Nc ; A i 为回波信号的幅度; K为相干处理脉冲数,L 为距离模糊数,
以表示为
x ( t) n, m
=
A t exp
(j
2λπu
T t
(
XT , m
+ XR , n ) )
(1)
式中 , ut 为目标和雷达之间的单位矢量 ; A t 为回波信号的幅度 ; XT, m 为第 m 个发射阵元的位置矢量 ; XR, n 为第 n 个接收阵元的位置矢量。由式 (1) 可以看出 , 回波信号相位差是由收发阵元位置关系共
要求 ;利用多信号通道联合处理可以有效克服目 Array ,均匀线阵) 建立了机载 M IMO 雷达的阵列
标起伏 ,提高雷达检测性能 ; 有效提高多目标、小几何模型 ,然后给出发射信号完全正交和不完全
收稿日期 : 2010203219 ; 修回日期 : 2010205225
3
基金项目 : 国家杰出青年科学基金 (No . 60925005)
of system fo r airborne M IMO radar increases dramatically and clutter supp ression performance is imp roved
effectively. The clutter model is established firstly in t his paper , and t hen two typical o rt hogonal signals are
应 , 其位置在 : { ( XT , m + XR , n) / 2 | m = 1 , 2 , …, M ; n = 1 , 2 , …, N }
(2) 从式 (2) 可以看出 , 每一个 m 与 n 的组合都有一个阵元与之相对应 , 因此共有 M N 个相对应的阵元。因为上述 M N 个阵元并不是真实存在的 , 因此把这种模式下的阵元称作虚拟阵元 , 组成的阵列称为虚拟阵列。对于发收阵元个数分别为 M 和 N 的机载 M IMO 雷达 ,其虚拟阵元个数为 M N ,但随着收发阵列的位置、几何结构以及间距的变化 , 部分虚拟阵元将出现重叠现象。图 2 以发射阵元 M = 3 , 接收阵元 N = 4 为例 ,给出了机载 M IMO 雷达虚拟阵列示意图 , 其中实心圆代表虚拟阵元 , γ= dT / dR 为发收阵元间距比。当发收阵元间距比为 N 时 ,虚拟阵元间无重叠 ,即等效虚拟阵元个数为 12 个 ,如图 2 (a) 所示 ,此时机载 M IMO 雷达可以仅仅利用 M + N 个阵元来等价一个阵元个数为 M N 的阵列 ;当发收阵元间距比为 N / 2 时 , 尽管虚拟阵元个数仍为 12 个 ,但其中有 4 个发生重叠 ,则等效虚拟阵元个数仅为 8 个 ,如图 2 ( b) 所示 ,虚拟阵列下方 4 个实心圆表示重叠的虚拟阵元。
理想情况下 ,机载 M IMO 雷达各发射信号相
互正交 ,由于匹配滤波器的分选作用 ,杂波回波经
过匹配滤波器之后 ,输出的信号将与发射信号波
形本身无关。因此可以得到对第 l 个杂波距离环的
第 i 个杂波单元 ,第 n 个接收阵元的第 m 个匹配滤
波器输出的第 k 个脉冲的采样数据为
· · cl , i ( m , n , k) = A e e i j2πm d Tcosψi/λ j2πn d Rcosψi/λ
int roduced. Finally t he simulatio n for clutter power spect ra and eigenspect ra under different signal format s
and erro r conditio ns are implemented , and t he clutter characteristics are analyzed. The simulatio n result s in2
2 机载 M IMO 雷达杂波模型
2. 1 阵列几何模型图 1 给出了机载 M IMO 雷达的阵列几何模
型 , 其中假设载机沿 X 轴正方向作直线飞行 ,天线阵列的法线方向垂直载机飞行方向 ,V r 表示载机飞行的速度 , H 为载机飞行高度 ; M , N 分别表示发射阵元和接收阵元个数 , dT , dR 分别表示发射阵元间距和接收阵元间距 , 收发阵元均是全向的 , 当收发阵元位置重合时 , 则收发并用 ;θ为杂波散射单元的方位角 ,φ为俯仰角 ,ψ为锥角。
dicate t hat t he distributio n of clutter fo r airborne M IMO radar is similar to t hat fo r airborne p hased array ra2
dar , but t he DO F of clutter fo r airborne M IMO radar increases. The mainlobe and sidelo bes are formed and