[发明专利]杂波中检测目标用MIMO雷达发射波形的分级设计方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及集中式MIMO(Multiple Input Multiple Output)雷达的发射波形设计，特别涉及一种杂波中检测目标用MIMO雷达发射波形的分级设计方法，能够提高杂波的抑制性能，可用于强杂波中的目标检测。

背景技术

在传统雷达中，发射波形通常是固定的。因此，接收到的信号是适应电磁环境的唯一来源，这会限制系统在复杂的传播和干扰环境下的性能。然而基于先验知识的雷达发射波形设计方法可以提高整个系统的灵活性，从而可以在复杂的传播和干扰环境下得到满意的性能。在杂波区域中检测目标，杂波相对于系统热噪声占主要地位。在输出信号能量与杂波能量比(Signal to Clutter Ratio，SCR)低的情况下，我们很难得到满意的检测性能，特别是针对低速运动目标的检测。此时，增加发射信号的能量对提高检测性能是没有效果的，唯一的方法就是设计发射的波形。

受通信领域中MIMO技术及综合脉冲孔径雷达SIAR的启发，2003年Rabideau和Parker提出了MIMO雷达概念，见[Rabideau D.J.and Parker P..Ubiquitous MIMO Multifunction Digital Array Radar[C].Conference Record of the37th Asilomar Conference on Signals,Systems and Computers,2003,vol.1,pp.1057-1064]。之后，这一概念在雷达领域引起了人们的广泛关注。根据发射天线和接收天线的间距大小，可以将MIMO雷达分为分布式MIMO雷达和集中式MIMO雷达两类。对于分布式MIMO雷达来说，由于各个天线对目标有不同的观测视角以及目标回波的独立性，在统计意义下，这类MIMO雷达可以克服目标的闪烁效应从而提高雷达对目标的探测性能。对于集中式MIMO雷达来说，其特点是阵元间距较小，具有自由地设计每副天线波形的能力。与相控阵雷达相比，集中式MIMO雷达的自由度提高了，从而集中式MIMO雷达呈现出更多的优越性，如参量分辨力的提高、更自由的发射方向图设计能力等，见[Li J.and Stoica P..MIMO Radar With Colocated Antennas[J].IEEE Signal Processing Magazine,Sep.2007,vol.24,pp.106-114]。因此，可以通过设计集中式MIMO雷达每个阵元的发射波形，从而提高它在目标检测、跟踪与识别上的系统性能。

由于MIMO雷达可以通过各阵元发射不同的信号，从而获得某种实际需要的方向图，为此根据实际需要设计发射波形成为必需。目前发射波形设计的主要方法有正交波形设计、发射方向图的波形设计以及基于先验知识的波形设计。

正交波形设计是MIMO雷达波形设计的基础，它主要考虑波形的自相关和互相关性质。然而，正交波形的发射方向图是各向同性的。与相控阵雷达相比，主瓣增益损失可能会降低正交波形的MIMO雷达性能，这限制了正交波形的应用。