MIMO雷达 word电子版 - 图文

提供个电子版的，有两份哦！

MIMO雷达概述

一、MIMO雷达的发展历史和现状

MIMO(Multiple-Input-Multiple-Output)最早是控制系统中的一个概念，上世纪90年代中期，由贝尔实验室的科学家G．J．Foschini首先提出，将MIMO概念用于无线移动通信系统。在本世纪初，人们开始将MIMO概念拓展到雷达探测技术领域，在2003～2004年的国际雷达会议上，如the 38th Asilomar Conference，以及2004 IEEE Radar Conference，学者们正式提出MIMO雷达的概念，并设立专题讨论相关的理论问题。

虽然此前也有一些雷达系统可以归纳到MIMO雷达的范畴里，比如相控阵雷达、综合脉冲与孔径雷达(SIAR)、多站雷达，但MIMO雷达概念的提出仍是划时代的，具有里程碑式的意义。它不仅包括了以前的一些不同类型的雷达系统，同时给出了统一的信号模型和体系结构，使人们的认识上升到一个新的高度。例如，在SIAR里就没有“虚阵元”的概念，只有在MIMO雷达概念提出以后才明确了“虚阵元”、扩展孔径的概念。目前国际上对MIMO雷达的研究主要分为两种体制，其中一种是发射天线阵单元空间分布很广，这样远场目标回波对每个天线来说接收信号就可以认为是多个独立散射体的回波，称为统计(或空间分集)MIMO雷达。其中，统计MIMO雷达最为代表性文章为2004年Eran Fishier等撰写的“MIMO Radar：An Idea?Whose Time Has Come”，该文发表后统计MIMO雷达受到人们越来越多的关注。另一种就是发射天线阵(接收阵)单元空间上分布紧凑，远场目标回波对于收发天线阵来说都是相关的，其布阵和信号处理以及性能与统计MIMO雷达有很大差别，这类称为相参MIMO雷达。相参MIMO雷达的提出源于稀布阵SIAR，作为一种特殊的MIMO雷达，SIAR的研究已经有若干年的历史。

二、MIMO雷达的分类、发展及典型系统

统计MIMO雷达的共同特点是同时发射可区分的多个信号，获得对“闪烁”目标的多个统计独立或具有统计独立成分的观测通道(或观测分量)，通过合并处理提高雷达的性能。统计MIMO雷达最早由Fishier和Blum在具有开创性的论文中提出的，其本意是将MIMO通信的窄间分集的观点引入到雷达中。与MIMO通信相

1

提供个电子版的，有两份哦！

似，统计MIMO雷达理论认为目标回波是由大量散射体的回波叠加而成，不同回波对应不同的独立衰减路径。在传统雷达系统中，不同的角度接收到目标RCS回波功率波动很大。统计MIMO雷达利用目标RCS波动的特性，对目标的信息进行融合并联合处理，有效克服由于目标闪烁导致雷达性能的下降的问题。统计MIMO系统不同发射阵元发射相互正交的信号，接收机利用正交性分离来自不同观测角度的回波，如果这些回波相互统计独立，那么它们同时出现衰落的概率很小，接收目标RCS回波功率近似为常数，因此目标反射信号功率近似稳定，可以得到所谓的分集增益，这对目标检测是大有益处的。另外，统计MIMO雷达接收阵列流型包含了目标多个散射点空间流型，对目标角度估计是有所改善的。

相参MIMO雷达是从稀布阵SIAR发展和演变而来。稀布阵SIAR的概念由法国国家宇航研究局(ONERA)与汤姆逊-CSF公司提出，他们研制的SIAR属于一种采用稀布阵数字合成脉冲孔径技术的四维新体制米波雷达，该雷达采用先进的综合脉冲与孔径技术，稀布圆阵天线，通过各个阵元全向发射正交编码频率信号以使得各向同性照射，在接收端通过DBF和发射脉冲与孔径综合以形成接收与发射波束。稀布阵SIAR国内外的发展趋势是最早从米波波段内外两层圆阵到HF波段收发分置综合脉冲与孔径体制，然后到微波波段收发分置综合脉冲与孔径体制，最后发展到近年来相参MIMO雷达体制。图1到图4说明了稀布阵SIAR到相参MIMO雷达发展过程。最初SIAR是单基的圆阵，虽然具备多输入一多输出、发射波形分集正交、接收综合发射脉冲和孔径等特征，但还不是真正意义上的相参MIMO雷达。实际上，这三个特征是SIAR雷达的特征，上述三个特征再加上收发分置的布阵形式，才是完整意义上的相参MIMO雷达。

2

提供个电子版的，有两份哦！

图1 米波波段大型稀布阵SIAR

图2 岸舰双基HF-SIAR

图3 双基S波段SIAR

3

提供个电子版的，有两份哦！

图4 林肯实验室MIMO雷达实验系统

三、MIMO雷达国内外应用及发展趋势

由于MIMO雷达代表了现代雷达发展的一个方向，各发达国家都投入大量经费进行研究。例如，MIMO雷达受到美国空军和澳大利亚国防部的经费支持。美国麻省理工学院林肯实验室、新泽西理工学院、佛罗里达大学等都开展了深入的研究工作。

林肯实验室主要进行相参MIMO雷达系统研究。D．W．Bliss等讨论了由于采用多输入多输出带来的自由度的增加，在接收端进行发射、接收同时波束形成的性能，他的论文描述了L波段和x波段分别构造相参MIMO雷达实验系统，并做了相关实验，验证了窄带MIMO雷达和宽带MIMO雷达性能，其中x波段采用两发四收实验阵，与一发四收普通的相控阵雷达比较，接收机灵敏度提高了9dB。

新泽西理工学院研究为代表的研究团队进行了统计MIMO雷达的研究。Fisher在他的文章中主要讨论了目标的空间分集如何增加雷达的检测能力，讨论了Neyman-Pearson意义下的最优检测器，其中包括对接收机输出信号的非相关处理算法，证明了其检测性能优于相参雷达。N.H.Leh．mann等人则讨论了多站MIMO雷达具有比发射信号带宽所决定的距离分辨率更高的分辨率。

佛罗里达大学的Jian Li教授等讨论了MIMO雷达的波束形成、信号的幅度相位估计算法，但没有利用发射信号的时域信息同时作发射、接收波束形成。I．Bekkerman等利用了时域信息，讨论了发射正交信号和任意相关信号时的目标检测和DOA估计问题，但DOA估计时只考虑了单目标。B．J．Donnet等就具体的步进频率信号详细讨论了信号处理问题，Fuhrmann等人讨论了MIMO雷达信号

4

提供个电子版的，有两份哦！

的设计问题。

国内对于MIMO的研究近一段时期开展的较为蓬勃。清华大学彭应宁教授等就MIMO雷达对弱目标的检测进行了研究，西安电子科技大学陈伯孝教授等讨论了MIMO雷达和稀布阵综合脉冲孔径雷达的关系。由于需考虑脉冲压缩和多普勒处理，MIMO雷达的信号需满足非常好的时域自相关性和互相关性，同时对多普勒效应不太敏感。

鉴于MIMO雷达的技术特色，国内相关部门也陆续开始资助对MIMO雷达的研究，例如西安电子科技大学廖桂生教授主持国家资助项目“多输入多输出(MIMO)雷达系统体制和机理研究”；2006年，清华大学汤俊的“运动平台MIMO雷达的若干理论问题研究”国家资助项目和电子科大何子述教授的“基于空间分集的多输人多输出(MIMO)雷达信号模型研究”等项目。

目前，国内微波MIMO雷达的研究还主要集中在信号设计、检测、参数估计、波束形成、DOA估计上等理论方面，实际的雷达系统目前国内还没有报道。中国兵器工业第206研究所，将SIAR技术用于微波波段，2006年，承担了“双基地微波综合脉冲与孔径雷达技术”国家资助项目，目前，四发一收的S波段MIMO雷达实验系统正在调试，加快了微波波段MIMO雷达工程化的进程。

开展新一代MIMO米波雷达研究

在隐身技术日益成熟，应用于飞行器、反辐射导弹对雷达的威胁越发紧迫，快速目标使常规旋转式雷达“捕捉”困难。 …… 此处隐藏：2036字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……