MIMO雷达：揭开神秘的面纱.pdf

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1、2013年第2期电予Z程僧垂35MIMO雷达：揭开神秘的面纱摘要：MIMO雷达最适合于用于搜索而非跟踪。当需要在一个广角范围内进行搜索时，MIMO阵列能通过其诸多单元形成子阵即SA．MIMO，使搜索能量的效率最高。若搜索时扫出了某一小角，子阵即缩小SA．MIMO所照射的搜索空间采用SA．MIMO减少了计算量。单基地MIMO角分辨率和角精度均方值尚未达到一个数量级的提升，只是系统最优值的l／(即29％)常规稀布阵和MIMO稀布阵一样可分辨出同样数量的目标，达到几乎相同的分辨率和角精度。相对于常规阵列雷达而言，多输入

2、输出(MIMO)个区域，一般来说，将阵列的各个单独的单元用作为雷达技术可以使分辨率和精度有一个或多个数量MIMO单元效果并不佳。因为在典型的单个单元的级的提升优势。某种程度上说，这种比较类似于用苹方向图中，功率增益与扫描角度e的关系为Cos～，果与橘子相比较。即便如此，典型的角精度也只有约理想因子n≈1．0到1．5。在0=60。(n=I．5时)搜29％的小优势。比如：有N个单元的线阵即常规的单索目标较在视轴上(即e=0。)搜索出目标所需辐站阵列，与有N个子阵的单站MIMO阵列相比较，角射能量为1／(Cos60。)

3、=8倍。故效果就不佳。若精度要下降29％。换言之，在同样精度的条件下，单要在60。检测出目标需发射足够的能量，而在0≤站MIMO阵列雷达较常规阵列雷达有更小的口径60。角度内发射更多的能量，还需随着扫描角度的优势，即尺度小1／42=0．707，相当于要小29％。变化改变辐射能量。因此就不好用阵列中的各个单在天线尺度为决定因素的场合，减小尺寸的优独的单元来构成MIMO单元，取而代之的是用阵列势就极其重要了。对N单元单站阵列来说，要取得中各单元小组构成的子阵来构成MIMO单元，并将更好的角精度和较小的天线尺度就需要不

4、少于N这些子阵做得大小相同指向也相同。通过用子阵来倍的脉冲压缩匹配滤波器和波束形成。之所以需要构成MIMO阵列，对给定的相干驻留区进行更为有如此大量的脉冲压缩，有如下两方面原因：第一，限的角度覆盖。要搜索出整个空间区域则可以使用MIMO系统同时发射N个正交波形，在阵列每一接数个驻留区。如此这般，对每个驻留区需要的辐射能收单元需有N个匹配滤波器；第二，正交或参差波量进行调整即可有效执行搜索任务。如果搜索的空形通常是多普勒敏感型的，因此需要一组匹配滤波间区域较小，只需要一个驻留区。为使搜索效率最大器。假定某正交或参差

5、波形的接收信号覆盖了多普化，各子阵照射的子阵空域应匹配待搜索区域的大勒频段，以因子F来表示，若匹配滤波器是多普勒变小。量型的，那就需要FN倍的波束形成和脉冲压缩。然例如，若需要产生只有一个波束高度和120。而，常规雷达仅在每个波束形成器的输出端需要一宽度的水平搜索网格，则各子阵须有同样的垂直高个匹配滤波器。而且，在常用的线性调频波形情况下，度，产生的俯仰波束宽度等于水平网格的俯仰波束有适用的多普勒滤波器，且对整个多普勒频移波段宽度。各子阵的宽度可以只是几列单元的宽度，只要只需要一个匹配滤波器，而不是F倍的滤波器组

6、。覆盖120。的一小部分比如视轴侧1O。即可。这样MIMO用于跟踪通常不像用于搜索那样有效。每一子阵在扫描角度内辐射的能量就能有效地与因为典型的MIMO照射了一个较大的空间，而跟踪子阵扫描角相匹配。用阵列各单元形成的诸个子阵只需要照射目标。即便是执行搜索功能时，也只照射来构成的MIMO阵，称之为子阵一MIMO(SA．MIMO)待搜索区域。对单站非．稀布阵列所用的发射与接收阵列；而由各个独立单元构成的阵列称之为单元来说，理想化的阵列在进行搜索时应该用作MIMO一MIMO(E—MIMO)阵列。在上述120。水平网格搜

7、索阵列，而跟踪时用作常规阵列。作为MIMO阵列进中，采用SA—MIMO阵列所需能量较使用E．MIMO行搜索时，其定位目标精度的均方值要优于常规阵阵列的低。不仅仅是能效要高，SA．MIMO所需的列的29％；在跟踪时为获得最大信噪比且使用最少计算量也较E—MIMO少许多。对Q个子阵，待处的能量，则应该用作为常规阵列，用整个阵列聚焦形理的匹配滤波器数量和波束数量就减少了(Q／N)。成波束，而不是边跟踪边扫描。对N=100，Q=10的情况，就可以少100个匹配滤即便需要搜索的范围略超出一单元照射的整波器和波束。因此，对一

8、个阵列的基本要求就是：36电予Z程僧垂2013年第2期(1)执行搜索功能时，应采用SA．MIMO处理；目标聚焦过由各接收单元输出的M个发射波束再(2)执行跟踪功能时，应采用常规阵列处理，行合成，则形成指向目标并聚焦于目标的一个接收以便有最大能效并降低所需信号处理量。波束。一个MIMO单元待搜索和覆盖的空域就是由如果能研发出一种单元，其增益与扫描角的关各个MIMO单元的照射