大规模MIMO雷达正交波形设计

发布时间：2020-06-04 18:00

【摘要】：大规模MIMO阵列的天线单元数较多,不适合在阵元级进行MIMO处理,而需要在子阵级进行MIMO处理。为实现对较大空域的同时覆盖,需要设计几十组甚至上百组正交波形,但正交波形的通道数越多,其正交性就越差,通常所采用的优化方法运算量过大,很难优化出理想的结果。因此本文围绕大规模MIMO雷达的波形设计展开研究,主要工作如下:(1)介绍了MIMO雷达的常用波形,将MIMO波形大致分成以下四类:时分复用、频分复用、多普勒分集复用、码分复用波形。我们分析了每种波形的特点和优劣,并根据大规模MIMO雷达的天线单元数多、探测目标远、目标速度大的特点,选取快时间频分复用(FDMA)和快时间码分复用(CDMA)波形作为设计对象进行研究。(2)研究了快时间频分复用波形中的正交多载频线性调频(LFM)信号。讨论了该信号的信号调频带宽、频率间隔等参数的选取原则,并研究了加窗和谱修正两种降低副瓣的方法。经过仿真对比可知加窗适合于单路信号时宽带宽积大于25的LFM波形;谱修正降低自相关副瓣的效果优于加窗方法,因此适合经过带宽合成后的信号。另外,分析了正交LFM信号的距离-多普勒耦合效应,并研究了两种修正方法:正负调频多普勒补偿、多普勒滤波器组补偿。研究结果表明正负调频多普勒补偿算法实现简单仅适合单目标的搜索;多普勒滤波器组适合多目标的搜索,但直接使用运算量较大。若可知目标速度的粗略范围,再用多普勒滤波器组对目标速度进行精估计,则有较好的补偿效果,且运算量较小。(3)对快时间码分复用中的正交相位编码信号进行了详细分析。首先针对设计长编码、多序列数的正交相位编码时,遗传算法运算复杂度高、M序列互相关性能差的问题,采用代数法来设计正交相位编码。该方法采用逆归约相乘法求解线性迭代方程,并通过线性移位寄存器获得序列族,仿真结果表明运算复杂度较低,互相关性能优于M序列,自相关性能与M序列相当。另外,针对相位编码的多普勒敏感性问题,仿真分析了常见的几种修正方法,并提出了针对四相编码的滑窗内插多普勒补偿算法。该方法通过将回波信号分为多个滑窗,并进行四次自乘、两次内插,与原始回波共轭相乘,结果表明,该方法完全补偿了回波信号脉内的多普勒影响,对于信噪比较高的单目标有较好的测距效果。
【图文】：

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表2.2 雷达参数Center Frequecy 2.37 GHzBandwidth 10 MHzPulse Width 12 pulsePRF 6667 HzPeak Module Power 25 WAltitude 3 kmAir Speed 70 m/sRange to Aimpoint 5 km之前的时间错位 LFMCW 波形相似的是，这种 DDMA 波形脉冲重复频率容忍性。雷达的脉冲重复频率必须等于或者大 2Ne倍，，其中 Ne是发射天线的总数。因此，DDMA 波形只距离较近的雷达。rd 编码波形实际上一种慢时间上的码分波形。但是它和 DD因此我们把它和 DDMA 波形放在一起介绍。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN958

【参考文献】