淺談引用關于MIMO雷達的一些看法

電子科技大學 格拉斯哥學院 2017級 趙煥森

1.基本原理

與發射相幹信号的傳統相控陣雷達不同，MIMO 雷達系統使用多個陣元的天線發

射互相正交的多路信号，并使用多個陣元的天線接收目标的後向散射信号，其基本原

理如下圖2.1 所示。MIMO 雷達的發射端由多個陣元組成，通過控制每個發射元件，

使各個陣元之間發射互相正交的波形。由于各個陣元之間發射的信号波形互相正交，

進而使各個發射信号無法在空間進行疊加，結果導緻在空間隻能形成低增益的寬波束。

而在接收端，我們可以通過利用數字波束形成技術同時形成多個高增益的窄波束，并

且可以通過靈活地控制權值，使高增益的接收窄波束指向感興趣的角度方位。

2.信号模型

考慮到窄帶陣列信号在空間傳播時，其對于各陣元的傳播延遲隻引起各陣元相位

的明顯變化，而不會引起各陣元複包絡的顯著變化。另外目标滿足遠場條件時，各個

陣元到達目标的傳播波近乎平行，而由目标反射到個接收陣元的回波也近乎平行波。

故假設本文中所讨論的目标滿都足遠場條件，且陣列信号都為窄帶信号。

3.總結

作為目前雷達領域中的研究熱點，MIMO 雷達和傳統的相控陣雷達相比擁有諸多

的優勢：抗截獲能力明顯增強；對微弱小目标的檢測能力大大提高；降低對前端硬體

系統性能的要求。由于MIMO 發射波形正交，在空間無法形成高增益的窄波束，發

射能量覆寫整個空域，在接收端各個陣元經過比對濾波後可以進行等效的發射波束形

成。正是由于這一原因，MIMO 雷達可以真正實作同時多波束形成，在整個空域搜尋

目标，增大了空域的探測範圍；并且脈沖綜合處理時比對濾波和發射波束形成的結合，

這就使得脈沖綜合處理後的信噪比得到了進一步的提升；這也是MIMO 雷達信号處

理有别于其他正常陣列雷達信号處理的關鍵所在。本文正是基于這一關鍵點，對

MIMO 雷達信号處理方法展開研究，并結合具體工程項目給出了MIMO 雷達關鍵技

術的FPGA 實作。

本文主要包括以下内容：

（1）介紹了MIMO 雷達的基本原理及其信号模型，并分析了MIMO 雷達發射

能量分布圖的特點。

（2）回顧了數字波束形成和脈沖壓縮的基本原理，接着引出了MIMO 雷達信号

處理的有關方法。首先，詳細論述了數字波束形成的基本原理，并分析了陣元間距、

陣元個數、權矢量加窗對波束形成的影響。其次，介紹了脈沖壓縮的基本原理，并比

較了時域脈沖壓縮和頻域脈沖壓縮的特點，接着給出了仿真執行個體。然後，基于對上面

兩種算法的讨論，引出了MIMO 雷達信号處理的方法，詳細比較了波束形成與脈沖

壓縮處理的先後不同所帶來的運算、存儲量，根據分析讨論引出了先做接收波束形成

後脈沖綜合的MIMO 雷達信号處理方法，該方法運算量最小，更便于實際的工程實

現，并給出了仿真執行個體。最後，介紹了通道相位誤差對MIMO 雷達信号處理産生的

不利影響，說明了進行收發通道相位誤差校正的必要性，并給出了收發通道校正的方

法。

引用

MIMO 雷達關鍵技術及其FPGA 實作 作者姓名：榮盛磊