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MIMO雷达动态目标端的载波相位同步算法研究

张力  
【摘要】:MIMO雷达系统相对于传统相控阵雷达,在目标成像、目标参数估计、目标跟踪方面有更好的性能,但是载波相位失配问题还是会影响其探测性能。现有文献中相关的载波相位同步算法存在以下问题:第一、只实现了发射天线之间的相位同步,未考虑到发射天线到目标端同步,性能还有提升空间;第二、同步开销随着天线个数增加大幅度上升,限制了其在实际场合的应用;第三、对于动态目标下的相位失配问题,暂未开展相关研究工作。为了改进上述问题,本论文主要研究一种交互式MIMO雷达系统。在该系统中包含2个天线阵列,每个阵列既可以发射探测信号也可以接收探测信号。此外我们还提出了一种新的相位同步算法,新算法在固定时隙控制每个阵列的工作状态,比如:奇数时隙时,第1阵列发射探测信号,第2阵列进行接收;而偶数时隙时进行反操作,第2阵列发射探测信号,第1阵列进行接收。新的相位同步算法,无论天线个数是多少,只需额外1个时隙就可以实现目标端同步。相对于传统载波相位同步算法,在提升了性能同时,大大降低了同步开销。针对动态目标端的同步问题,将上述的新同步算法进行了扩展。本论文主要两种运动场景:目标分别以圆形轨迹和以直线轨迹运动。采用以两个连续时隙为一个循环周期,以第1阵列为例来进行说明算法流程。在每个循环周期,经过2个时隙后,第1阵列首先对接收信号的频率和相位进行估计,然后以此为基础对目标的运动轨迹进行预测,最后将对应预测结果作为补偿动态目标端相位失配的参考值,实现后续时隙的载波相位同步。针对圆形运动轨迹,需要3个周期,并引入一个修正参数,既可以实现载波相位同步。针对直线运动轨迹,只需要2个周期就可以实现载波相位同步。本论文通过推导MIMO雷达探测性能的理论值和仿真实现,验证了新的载波相位同步算法,在静态目标和动态目标场景下的优越性。


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