雙基地MIMO雷達(dá)原理與理論研究.pdf

1、制導(dǎo)雷達(dá)是防空作戰(zhàn)系統(tǒng)最核心的組成部分，其面臨的戰(zhàn)場環(huán)境日趨復(fù)雜。隱身目標(biāo)、低空超低空突防、飽和超飽和攻擊以及不同類型的干擾對其實(shí)戰(zhàn)性能提出了挑戰(zhàn)，反輻射導(dǎo)彈的發(fā)展更使制導(dǎo)雷達(dá)本身的生存能力也面臨著巨大的威脅。相控陣?yán)走_(dá)、數(shù)字陣列技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，對提升制導(dǎo)雷達(dá)多目標(biāo)、抗干擾等方面的能力很有幫助，但在應(yīng)對低、小、慢目標(biāo)的檢測、極端復(fù)雜電磁環(huán)境以及反輻射導(dǎo)彈的威脅時，現(xiàn)有制導(dǎo)雷達(dá)系統(tǒng)所處的相對弱勢依然沒有改變。而由于時空同步、定位精度等方

2、面的限制，一些新的雷達(dá)體制如雙基地雷達(dá)、基于外輻射定位的無源雷達(dá)等很難應(yīng)用于防空制導(dǎo)領(lǐng)域。
　　將已在移動通信中得到深入研究的多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)，引伸應(yīng)用于雷達(dá)信號接收和目標(biāo)探測領(lǐng)域，是雷達(dá)概念的重大突破。MIMO雷達(dá)發(fā)射正交的波形，在空間形成寬的低增益發(fā)射波束，接收端使用數(shù)字波束形成(DBF)技術(shù)可綜合形成多個發(fā)射波束和接收波束，借助寬的發(fā)射脈沖和長時間積累措施彌補(bǔ)發(fā)射天線增益的下降。MIMO技術(shù)的使用給雷達(dá)系統(tǒng)的性能

3、突破帶來了新的契機(jī)，特別是能夠與雙/多基地雷達(dá)體制完美地結(jié)合起來，彌補(bǔ)彼此的若干不足，表現(xiàn)出很好的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)綜合性能。
　　雙基地MIMO雷達(dá)是未來分布式防空制導(dǎo)體系的基本組成單元，本文圍繞雙基地MIMO雷達(dá)基本原理、主要性能和若干關(guān)鍵技術(shù)展開研究，主要工作和貢獻(xiàn)包括：
　?。?）分析了窄帶條件下雙基地MIMO雷達(dá)的目標(biāo)回波信號模型，系統(tǒng)地研究了雙基地MIMO雷達(dá)的基本工作原理和接收信號處理方法；圍繞雷達(dá)方程、信號波形的使用、

4、系統(tǒng)效率以及空間分辨能力等問題對雙基地MIMO雷達(dá)的一般特性進(jìn)行了研究；對系統(tǒng)配置、布站方式、目標(biāo)回波和雜波的基本特點(diǎn)等問題也進(jìn)行了初步的分析。
　?。?）以均勻線性排列的發(fā)射陣列為基礎(chǔ)，對步進(jìn)線性調(diào)頻(FDLFM)信號的多普勒-角度-距離耦合現(xiàn)象及其旁瓣的演變規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)的分析；提出了利用多普勒-角度-距離耦合現(xiàn)象降低雙基地MIMO雷達(dá)搜索處理復(fù)雜度的方法，給出了簡化的處理結(jié)構(gòu)；對比研究不同信號模糊特性的差異，并將信號特性分析

5、與雷達(dá)的實(shí)際工作過程緊密結(jié)合起來，提出了多種探測信號順序聯(lián)用的方案，拓展了信號使用的靈活性，并能更好地發(fā)揮不同信號組合的優(yōu)勢，回避其缺陷。
　?。?）從多級維納濾波器(MSWF)求解線性預(yù)測問題入手，發(fā)展了基于MSWF的線性預(yù)測和子空間兩種不同的角度估計方法，理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明兩種角度測量方法存在顯著的差異和良好的互補(bǔ)特性；將兩種方法組合起來，提出了LSP-MSWF算法，這是一種穩(wěn)健而實(shí)用的低復(fù)雜度到達(dá)角(DOA)估計算法，能

6、適應(yīng)陣元數(shù)多而樣本數(shù)小的情況。
　　（4）分析了匹配分離前后噪聲成分的統(tǒng)計特性，討論了MUSIC算法和LSP-MSWF算法在雙基地MIMO雷達(dá)發(fā)射陣列角度估計中的應(yīng)用問題；研究了超分辨算法與跟蹤濾波結(jié)合的角度信息提取問題，提出了一種基于Powell算法的譜峰搜索和角度信息提取跟蹤算法，仿真實(shí)驗(yàn)表明該方法能有效避免臨近干擾源的角度拖引。
　?。?）提出了一種以Walsh矩陣為框架的正交二相編碼信號生成方法。該方法借助沃爾什矩陣

7、的基本框架維持編碼碼組之間的嚴(yán)格正交性，通過隨機(jī)重排和抽取的方法構(gòu)造正交二相碼組，并采用遺傳算法進(jìn)行篩選和優(yōu)化。有效壓縮了遺傳算法的編碼規(guī)模，能以較小的運(yùn)算量設(shè)計出雙基地MIMO雷達(dá)所需要的長序列正交相位編碼信號簇。
　　（6）分析了常規(guī)基于插值的長時間相參積累方法存在的缺陷，提出了一種基于頻域匹配權(quán)控制的包絡(luò)走動補(bǔ)償方法，能有效降低插值方法帶來的寄生頻譜；結(jié)合FDLFM信號的角度-距離耦合現(xiàn)象，提出了適用于雙基地MIMO雷達(dá)的長

8、時間積累方法，并用仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證；對比了經(jīng)典Hough變換和基本Hough變換兩種非相參積累方法的特點(diǎn)和差異，并以基本型Hough變換為框架構(gòu)造了一種簡易可行的快速Hough變換算法，仿真結(jié)果證明了其有效性。
　?。?）以防空制導(dǎo)為具體應(yīng)用背景，對雙基地MIMO雷達(dá)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能方面的顯著優(yōu)勢和特有潛力進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，并與常規(guī)的單基地相控陣?yán)走_(dá)和雙基地雷達(dá)進(jìn)行了對比；特別針對未來復(fù)雜的電磁環(huán)境和反輻射導(dǎo)彈的現(xiàn)實(shí)威脅，重點(diǎn)研究了