MIMO雷达性能与波束形成技术研究

论文摘要

本文主要对发射分集MIMO雷达的性能及波束形成技术进行研究。抗截获性能的改善是MIMO雷达的重要优势之一。相控阵雷达在发射时形成高增益的窄波束,因此在主波束方向的空间功率密度很高,很容易被敌方的侦察接收机截获。而MIMO雷达在发射时是形成低增益的宽波束,这可使主波束方向的空间功率密度降低L倍(L为MIMO雷达发射通道数),因而获得了抗截获性能的改善。文章通过对MIMO雷达空间功率密度的分析,得出结论:在相同发射阵元数和发射总功率条件下,MIMO雷达的被截获的距离为相控阵雷达的1/ L。对系统动态范围要求降低是MIMO雷达的另一重要优势。本文分析了各种雷达工作模式对系统动态范围的要求,得出结论:MIMO雷达对系统动态范围的要求相比传统模拟波束形成相控阵雷达最多可降低N 2 L2倍,N为MIMO雷达接收阵元数,L为MIMO雷达发射通道数。本文还对三种信号形式(线性调频、多相编码和频率编码)的MIMO雷达和相控阵雷达,在某接收限幅门限条件下的MTD和CFAR检测性能进行了仿真分析,说明了MIMO雷达在强杂波背景下检测弱目标性能的优势。针对正交频分线性调频信号MIMO雷达回波中存在周期性峰值的问题,文章提出了随机初相法来解决该问题。MIMO雷达由于发射多个相互正交的信号,因此接收波束形成的系统结构有别于传统相控阵雷达。最主要的区别在于MIMO雷达在接收时需用一组匹配滤波器从回波信号中分离出由各个正交发射信号引起的回波成分,以便在接收端进行等效的发射波束形成。本文还对两种接收波束形成的系统结构做了详细的对比分析,并指出了各自的优缺点。本文分析了多波束比幅测角原理,并对如何确定MIMO雷达接收多波束个数及各波束指向的方法进行了分析。最后给出了多波束测角的仿真结果,并对测角误差进行了分析。本文最后对MIMO雷达系统仿真平台和仿真界面进行介绍,并简要分析了仿真平台构建过程中遇到的问题及解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究动态及发展趋势
• 1.3 本文主要工作及内容安排
• 第二章 MIMO 雷达基本原理
• 2.1 MIMO 雷达系统结构
• 2.2 MIMO 雷达信号模型
• 2.2.1 发射信号
• 2.2.2 目标信号
• 2.2.3 接收信号
• 2.3 本章小结
• 第三章 MIMO 雷达抗截获性能分析
• 3.1 低截获概率雷达概述
• 3.2 MIMO 雷达空间功率密度分析
• 3.3 MIMO 雷达截获概率因子分析
• 3.4 仿真结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 MIMO 雷达动态范围分析及随机初相的应用
• 4.1 MIMO 雷达动态范围
• 4.1.1 雷达动态范围概念
• 4.1.2 各种雷达工作模式对动态范围要求
• 4.1.3 MIMO 雷达对动态范围要求的改善
• 4.2 随机初相在OFDM-LFM 信号MIMO 雷达中的应用
• 4.2.1 OFDM-LFM 信号MIMO 雷达接收信号的周期性峰值
• 4.2.2 随机初相降低周期性峰值
• 4.3 仿真结果及分析
• 4.3.1 接收数据限幅与MTD 性能仿真
• 4.3.2 CFAR 检测性能仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 MIMO 雷达波束形成
• 5.1 波束形成概述
• 5.2 MIMO 雷达接收匹配滤波
• 5.2.1 匹配滤波原理
• 5.2.2 匹配滤波仿真
• 5.3 波束形成的两种实现结构
• 5.3.1 先波束形成再匹配滤波
• 5.3.2 先匹配滤波再联合波束形成
• 5.4 两种实现结构运算量比较
• 5.5 波束图仿真
• 5.6 本章小结
• 第六章 多波束比幅测角
• 6.1 比幅测角原理
• 6.2 接收联合多波束个数及各波束指向的确定
• 6.3 仿真结果及分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 仿真平台介绍
• 7.1 模块化仿真平台
• 7.2 仿真平台构建过程中遇到的问题及解决方案
• 7.3 VC 仿真界面设计
• 7.4 本章小结
• 第八章 结束语
• 8.1 本文工作总结
• 8.2 下一步研究方向和内容
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果