MIMO雷達(dá)檢測與估計理論研究.pdf

1、多輸入多輸出（MIMO）雷達(dá)即采用多個發(fā)射天線發(fā)送定制波形信號，并采用多個接收天線對回波進(jìn)行某種聯(lián)合處理的雷達(dá)系統(tǒng)。MIMO雷達(dá)架起了雷達(dá)與通信技術(shù)的橋梁，自其概念被提出以來，受到了眾多雷達(dá)及通信領(lǐng)域研究者的關(guān)注。根據(jù)陣元布置的不同，MIMO雷達(dá)可分為共置天線（co-localted antennas）MIMO雷達(dá)和分置天線（widely separated antennas）MIMO雷達(dá)兩類。本文針對共置天線MIMO雷達(dá)，分析了MIM

2、O雷達(dá)的同時多波束比幅測角問題。MIMO雷達(dá)形成的等效收發(fā)聯(lián)合波束與傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)的接收波束相比，具有波束寬度更窄、旁瓣更低的特點(diǎn)。本文推導(dǎo)MIMO雷達(dá)聯(lián)合波束的方向圖，給出其半功率波束寬度及峰值旁瓣高度的計算公式，分析如何對這些聯(lián)合波束定向來構(gòu)造正交多波束，并以此為基礎(chǔ)討論同時多波束比幅測角。本文的主要工作和貢獻(xiàn)為：
　　 ⑴當(dāng)目標(biāo)速度足夠大，但相對傳統(tǒng)相控陣運(yùn)動的徑向速度過低時，雷達(dá)無法從雜波中分離并檢測目標(biāo)。采用分置天線M

3、IMO雷達(dá)則可以解決該問題。本文推導(dǎo)了集中式MIMO雷達(dá)、分布式MIMO雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)的廣義似然比（generalizedlikelihood ratio test，GLRT）動目標(biāo)檢測器的表達(dá)式，對其性能進(jìn)行了比較，指出了采用分布式MIMO雷達(dá)替代集中式MIMO雷達(dá)的利弊，并給出了一種自適應(yīng)MIMO雷達(dá)動目標(biāo)檢測器。
　　 ⑵為了研究分置天線MIMO雷達(dá)對運(yùn)動目標(biāo)的速度估計性能，本文給出了速度估計的克拉美.羅界（Cram

4、er-Rao bound，CRB），提出了MIMO雷達(dá)速度估計的優(yōu)化策略。MIMO雷達(dá)的估計性能受天線布置的影響較大，本文分析了最優(yōu)天線布置應(yīng)滿足的條件。
　　 ⑶利用MIMO雷達(dá)對復(fù)高斯擴(kuò)展目標(biāo)的位置和速度進(jìn)行聯(lián)合估計時，本文指出最大似然意義下的最優(yōu)估計器是非相干的。本文還推導(dǎo)了聯(lián)合估計的克拉美-羅界，分析了最大似然估計的均方誤差，研究了信雜噪比的閥值現(xiàn)象，通過理論分析和數(shù)值結(jié)果說明了最大似然估計隨收發(fā)天線數(shù)乘積的增加而漸近趨

5、于目標(biāo)參數(shù)真實(shí)值。另外，本文采用兩種不同的方法導(dǎo)出非相干MIMO雷達(dá)的模糊函數(shù)，并以實(shí)例加以說明。
　　 ⑷相干和非相干處理的關(guān)鍵區(qū)別之一在于是否要求雷達(dá)系統(tǒng)的所有發(fā)射機(jī)和接收機(jī)相位同步。本文研究了MIMO雷達(dá)利用相干和非相干處理對目標(biāo)位置和速度進(jìn)行聯(lián)合估計的問題，比較了二者的聯(lián)合估計性能。通過理論和數(shù)值分析，指出在相干處理的性能優(yōu)于非相干處理的情況下，當(dāng)發(fā)射天線和接收天線數(shù)的乘積足夠大時，用非相干處理代替相干處理不會造成太大的