相参MIMO雷达信号处理研究

【摘要】： MIMO雷达系统是由多个空间分布的发射/接收单元组成的空间分布式雷达系统,它借鉴相控阵雷达和综合脉冲孔径雷达(SIAR)的特点,利用分布式布站和发射正交波形所带来的空间分集特性及增加的系统自由度,采用先进的信号处理技术,能够获得目标探测、参数估计、杂波与干扰抑制、抗摧毁、反隐身等能力的大幅提升。MIMO雷达系统分为相参和非相参两种,本文主要对相参MIMO雷达的匹配滤波、数字波束形成(DBF)、空时自适应处理(STAP)等接收机信号处理问题进行了研究,主要包括以下内容: 1.研究和分析了MIMO雷达的基本原理及系统结构,给出了机载平台下相参MIMO雷达信号模型,通过设置系统参数,可使相参MIMO雷达工作在三种不同的模式,并对MIMO雷达的一些性能特点进行了分析。 2.对MIMO雷达信号处理进行了系统研究。首先分析了MIMO雷达虚拟阵列与发射/接收阵列之间的关系,然后对接收信号的匹配滤波和数字波束形成技术进行了研究,并对角度估计的克拉美·罗界(CRB)进行了详细地分析,推导给出了在MIMO雷达空时信号模型下利用空时联合域信息时角度估计的CRB。最后对机载MIMO雷达地面动目标检测性能(GMTI)进行了分析。 3.研究了机载MIMO雷达空时自适应处理技术。首先对相控阵雷达和MIMO雷达STAP原理进行了分析比较,并通过对STAP技术抑制杂波的原理做进一步分析,推导得到一种基于杂波子空间的降维STAP算法。接着分析了线性阵形和任意阵形MIMO雷达杂波子空间的维数,并根据杂波信号的特性,利用一组扁长椭球波函数(PSWF)基的线性组合来逼近杂波信号,使得该组PSWF基矢量所张成的子空间与杂波特征矢量张成的杂波子空间近似相等。最后,在基于杂波子空间降维STAP算法的基础上,结合PSWF基矢量,提出了一种基于杂波子空间基矢量估计的降维STAP算法,并与其它降维STAP算法进行了比较,结果表明,该算法在保持杂波抑制性能的同时能够有效地降低STAP算法的运算量。