分集MIMO雷達(dá)目標(biāo)散射特性與檢測算法.pdf

1、多輸入、多輸出(MIMO)雷達(dá)是目前國際雷達(dá)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),它可以利用雷達(dá)發(fā)射信號多樣性來提高雷達(dá)系統(tǒng)性能。按照雷達(dá)天線之間的距離,MIMO雷達(dá)分為兩種,集中式MIMO雷達(dá)和分布式MIMO雷達(dá),前者利用發(fā)射波形多樣性提高雷達(dá)系統(tǒng)的自由度和分辨率,后者利用雷達(dá)目標(biāo)散射的空間多樣性提高雷達(dá)系統(tǒng)的檢測性能,它又被稱為空間分集雷達(dá)。另一種分集雷達(dá)是頻率分集雷達(dá),而目前同時(shí)具有空間和頻率散射多樣性的MIMO雷達(dá)逐漸受到重視。本論文圍繞“十一五”國

2、防預(yù)研項(xiàng)目“X X X/X X X雷達(dá)技術(shù)”的研究任務(wù),研究了集中式MIMO和分布式MIMO雷達(dá)涉及的信號處理及目標(biāo)檢測問題,主要貢獻(xiàn)分為以下四個部分:
　　 研究了雷達(dá)目標(biāo)回波的統(tǒng)計(jì)特性,尤其是相關(guān)特性,它為分集MIMO雷達(dá)信號檢測器設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。本文將表明,分集MIMO雷達(dá)有可能接收到既不是完全相關(guān),也不是完全獨(dú)立的目標(biāo)回波信號,此時(shí)常用的獨(dú)立性條件已不能用來描述目標(biāo)回波信號之間的相關(guān)性的程度大小。因此,以一個頻率和空

3、間聯(lián)合分集MIMO雷達(dá)為背景,本文對目標(biāo)回波信號相關(guān)性的定量化進(jìn)行了研究,給出了其中任意兩個分集通道中目標(biāo)回波信號的相關(guān)系數(shù)的表達(dá)式,該結(jié)果適用于任意形式空間分集、頻率分集和空間-頻率聯(lián)合分集的MIMO雷達(dá)。該表達(dá)式可用于估計(jì)分集通道間目標(biāo)回波信號的相關(guān)系數(shù),為多通道融合檢測算法研究和性能分析提供了基礎(chǔ)。
　　 集中式MIMO雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)更多的自由度和更高的分辨率,但其計(jì)算量也隨之大大增加。本文利用接收信號協(xié)方差陣可能具有Kron

4、ecker結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),提出了相應(yīng)的自適應(yīng)波束形成算法,可以大大降低樣本數(shù)需求和計(jì)算量。論文首先給出了干擾回波信號的協(xié)方差陣具有Kronecker結(jié)構(gòu)的條件,在此基礎(chǔ)上給出了目標(biāo)參數(shù)估計(jì)算法和兩種典型的信號處理結(jié)構(gòu),隨后對典型干擾的協(xié)方差陣結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,表明有源干擾信號的存在將破壞該結(jié)構(gòu)。最后,通過MIMO波束形成問題,研究了無源干擾信號對基于結(jié)構(gòu)化協(xié)方差陣的信號處理算法的影響,表明,基于結(jié)構(gòu)化的波束形成方法可以抑制小于接收天線個數(shù)的無

5、源干擾信號,但不能抑制多于雷達(dá)接收天線個數(shù)的干擾信號。
　　 分集MIMO雷達(dá)通過對多通道信號的融合處理來獲得檢測性能的提高,不同通道間回波信號的相關(guān)特性和信噪比不同的問題是設(shè)計(jì)分集M I M O雷達(dá)信號檢測算法時(shí)需要考慮的重點(diǎn)。本文研究了目標(biāo)回波信號的相關(guān)性和信噪比不平衡對于已有檢測算法的影響,并且基于尼曼.皮爾遜準(zhǔn)則,針對目標(biāo)回波相互獨(dú)立但信噪比不同情形提出了一種基于信噪比加權(quán)的檢測算法,以及針對目標(biāo)回波統(tǒng)計(jì)相關(guān)且信噪比不同

6、情形提出了一種高斯信號檢測算法。最后分析了目標(biāo)回波的相關(guān)性、信噪比失衡和虛警概率對于所有檢測算法的影響,結(jié)果表明,目標(biāo)回波的臨界相關(guān)和通道信噪比失衡會降低傳統(tǒng)檢測算法的檢測概率,而提出的算法能夠提高雷達(dá)系統(tǒng)的檢測性能。
　　 實(shí)際的分集MIMO雷達(dá)檢測系統(tǒng)有時(shí)需要考慮局部的雜波信號抑制問題,基于廣義似然比準(zhǔn)則,提出了一種具有局部干擾抑制功能的信號融合檢測器,該檢測器具有多個特點(diǎn),包括具有恒虛警性能,可以方便的組織信號融合網(wǎng)絡(luò),允