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相参MIMO雷达信号处理研究

作　者: 翟伟伟
导　师: 刘文波
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 相参MIMO雷达虚拟阵元数字波束形成(DBF) 地面动目标检测(GMTI) 克拉美·罗界(CRB) 空时自适应处理(STAP) 扁长椭球波函数(PSWF) 杂波子空间基矢量估计
分类号: TN957.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

MIMO雷达系统是由多个空间分布的发射/接收单元组成的空间分布式雷达系统,它借鉴相控阵雷达和综合脉冲孔径雷达(SIAR)的特点,利用分布式布站和发射正交波形所带来的空间分集特性及增加的系统自由度,采用先进的信号处理技术,能够获得目标探测、参数估计、杂波与干扰抑制、抗摧毁、反隐身等能力的大幅提升。MIMO雷达系统分为相参和非相参两种,本文主要对相参MIMO雷达的匹配滤波、数字波束形成(DBF)、空时自适应处理(STAP)等接收机信号处理问题进行了研究,主要包括以下内容:1.研究和分析了MIMO雷达的基本原理及系统结构,给出了机载平台下相参MIMO雷达信号模型,通过设置系统参数,可使相参MIMO雷达工作在三种不同的模式,并对MIMO雷达的一些性能特点进行了分析。2.对MIMO雷达信号处理进行了系统研究。首先分析了MIMO雷达虚拟阵列与发射/接收阵列之间的关系,然后对接收信号的匹配滤波和数字波束形成技术进行了研究,并对角度估计的克拉美·罗界(CRB)进行了详细地分析,推导给出了在MIMO雷达空时信号模型下利用空时联合域信息时角度估计的CRB。最后对机载MIMO雷达地面动目标检测性能(GMTI)进行了分析。3.研究了机载MIMO雷达空时自适应处理技术。首先对相控阵雷达和MIMO雷达STAP原理进行了分析比较,并通过对STAP技术抑制杂波的原理做进一步分析,推导得到一种基于杂波子空间的降维STAP算法。接着分析了线性阵形和任意阵形MIMO雷达杂波子空间的维数,并根据杂波信号的特性,利用一组扁长椭球波函数(PSWF)基的线性组合来逼近杂波信号,使得该组PSWF基矢量所张成的子空间与杂波特征矢量张成的杂波子空间近似相等。最后,在基于杂波子空间降维STAP算法的基础上,结合PSWF基矢量,提出了一种基于杂波子空间基矢量估计的降维STAP算法,并与其它降维STAP算法进行了比较,结果表明,该算法在保持杂波抑制性能的同时能够有效地降低STAP算法的运算量。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
图清单  9-11
表清单  11-12
注释表  12-13
第一章绪论  13-18
  1.1 研究背景及意义  13-14
  1.2 研究动态及发展现状  14-16
  1.3 本论文主要工作及内容安排  16-18
第二章 MIMO 雷达基本原理  18-24
  2.1 MIMO 雷达系统结构  18-19
  2.2 MIMO 雷达信号模型  19-22
    2.2.1 发射信号  20-21
    2.2.2 目标处接收信号  21
    2.2.3 接收阵列处信号  21-22
  2.3 机载MIMO 雷达模型分类  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章 MIMO 雷达性能特点  24-33
  3.1 抗截获性能  24-27
    3.1.1 MIMO 雷达空间功率密度  24-25
    3.1.2 MIMO 雷达截获概率因子  25-26
    3.1.3 仿真结果及分析  26-27
  3.2 动态范围  27-31
    3.2.1 雷达接收机动态范围概念  27-28
    3.2.2 各种雷达工作模式对动态范围要求  28-30
    3.2.3 MIMO 雷达对动态范围的改善  30-31
    3.2.4 仿真结果及分析  31
  3.3 速度分辨率及低速目标检测性能  31-32
  3.4 本章小结  32-33
第四章 MIMO 雷达信号处理  33-49
  4.1 MIMO 雷达虚拟阵列  33-37
    4.1.1 任意阵形虚拟阵列  33-35
    4.1.2 线性阵形虚拟阵列  35-37
  4.2 匹配滤波器  37
  4.3 同时数字多波束形成  37-45
    4.3.1 联合多波束形成  37-39
    4.3.2 波束形成仿真分析  39-40
    4.3.3 角度估计的克拉美·罗界分析  40-42
    4.3.4 CRB 仿真分析  42-45
  4.4 地面低速动目标检测  45-48
    4.4.1 GMTI 性能衡量指标  45-46
    4.4.2 GMTI 信号处理方法  46-47
    4.4.3 仿真结果及分析  47-48
  4.5 本章小结  48-49
第五章 MIMO 雷达空时自适应处理  49-67
  5.1 MIMO 雷达STAP 算法模型  50-54
    5.1.1 传统雷达STAP 原理  50-52
    5.1.2 MIMO 雷达 STAP 原理  52-53
    5.1.3 MIMO 雷达与相控阵雷达比较  53-54
  5.2 基于杂波子空间的降维STAP 算法  54-55
  5.3 MIMO 雷达杂波子空间的维数  55-58
  5.4 MIMO 雷达杂波子空间估计  58-63
    5.4.1 扁长椭球波函数分析  58-59
    5.4.2 杂波子空间估计  59-61
    5.4.3 仿真结果及分析  61-63
  5.5 基于杂波子空间基矢量估计的降维STAP 算法  63-64
  5.6 仿真结果及分析  64-66
  5.7 本章小结  66-67
第六章总结与展望  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
在学期间的研究成果及发表的学术论文  74

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