雙基地MIMO雷達原理與理論研究.pdf

1、制導雷達是防空作戰(zhàn)系統(tǒng)最核心的組成部分，其面臨的戰(zhàn)場環(huán)境日趨復雜。隱身目標、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戰(zhàn)性能提出了挑戰(zhàn)，反輻射導彈的發(fā)展更使制導雷達本身的生存能力也面臨著巨大的威脅。相控陣雷達、數(shù)字陣列技術的發(fā)展和應用，對提升制導雷達多目標、抗干擾等方面的能力很有幫助，但在應對低、小、慢目標的檢測、極端復雜電磁環(huán)境以及反輻射導彈的威脅時，現(xiàn)有制導雷達系統(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，一些新的雷達體制如雙基地雷達、基于外輻射定位的無源雷達等很難應用于防空制導領域。
　　將已在移動通信中得到深入研究的多輸入多輸出（MIMO）技術，引伸應用于雷達信號接收和目標探測領域，是雷達概念的重大突破。MIMO雷達發(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發(fā)射天線增益的下降。MIMO技術的使用給雷達系統(tǒng)的性能

3、突破帶來了新的契機，特別是能夠與雙/多基地雷達體制完美地結(jié)合起來，彌補彼此的若干不足，表現(xiàn)出很好的戰(zhàn)術技術綜合性能。
　　雙基地MIMO雷達是未來分布式防空制導體系的基本組成單元，本文圍繞雙基地MIMO雷達基本原理、主要性能和若干關鍵技術展開研究，主要工作和貢獻包括：
　　（1）分析了窄帶條件下雙基地MIMO雷達的目標回波信號模型，系統(tǒng)地研究了雙基地MIMO雷達的基本工作原理和接收信號處理方法；圍繞雷達方程、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雷達的一般特性進行了研究；對系統(tǒng)配置、布站方式、目標回波和雜波的基本特點等問題也進行了初步的分析。
　?。?）以均勻線性排列的發(fā)射陣列為基礎，對步進線性調(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)律進行了詳細的分析；提出了利用多普勒-角度-距離耦合現(xiàn)象降低雙基地MIMO雷達搜索處理復雜度的方法，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、與雷達的實際工作過程緊密結(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)求解線性預測問題入手，發(fā)展了基于MSWF的線性預測和子空間兩種不同的角度估計方法，理論分析和仿真實驗表明兩種角度測量方法存在顯著的差異和良好的互補特性；將兩種方法組合起來，提出了LSP-MSWF算法，這是一種穩(wěn)健而實用的低復雜度到達角(DOA)估計算法，能

6、適應陣元數(shù)多而樣本數(shù)小的情況。
　?。?）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雷達發(fā)射陣列角度估計中的應用問題；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，仿真實驗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格正交性，通過隨機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，能以較小的運算量設計出雙基地MIMO雷達所需要的長序列正交相位編碼信號簇。
　?。?）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控制的包絡走動補償方法，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雷達的長

8、時間積累方法，并用仿真實驗進行了驗證；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。
　?。?）以防空制導為具體應用背景，對雙基地MIMO雷達戰(zhàn)術技術性能方面的顯著優(yōu)勢和特有潛力進行了系統(tǒng)的分析，并與常規(guī)的單基地相控陣雷達和雙基地雷達進行了對比；特別針對未來復雜的電磁環(huán)境和反輻射導彈的現(xiàn)實威脅，重點研究了