MIMO-OFDM雷达正交波形波束形成方法研究

发布时间：2020-11-21 07:56

　　 本文主要研究了MIMO-OFDM雷达的OFDM-Chirp分集波形设计方法,虚拟阵列技术和波束形成方法。本文主要做了如下三个方面的工作。1.分集波形设计:波形分集是MIMO雷达固有的特点,本文研究了OFDM-Chirp分集波形设计原理并设计了8个OFDM-Chirp分集波形。这种波形同时具有OFDM波形和Chirp波形的优点。具有大时宽带宽积,低峰均比,时域恒模频域近似恒模的特点,时延自相关函数和频移自相关函数的峰值旁瓣都很低;更重要的是这种波形设计方法能够设计出多个正交波形,最多正交波形数等于波形所包含的子载波个数。另外通过模糊函数分析了所设计波形的性能。2.虚拟阵列研究:正交波形MIMO雷达接收阵列每个阵元接收所有发射阵元发射信号的回波叠加,通过匹配滤波处理分离出发射阵列发射的所有正交信号对应的回波。接收阵列分离出的目标回波总数是接收阵元个数的M倍,M为发射正交波形个数。每一个接收阵元分离出M个回波,相较于传统雷达的匹配滤波处理,则其中有M-1个回波是“多”出来的。这种“多”出来的输出回波对应阵元组成的阵列就是所谓的虚拟阵列。发射阵列阵元间距和接收阵列阵元间距的大小会影响虚拟阵列孔径的大小,而且发射阵列使用频率分集也会影响虚拟阵列孔径的大小。3.波束形成:MIMO-OFDM雷达发射OFDM-Chirp分集波形,发射能量均匀覆盖整个空域,在接收端等效形成发射-接收双程的波束。MIMO-OFDM雷达发射阵列使用频率分集,发射阵列频率分集分为两种:阵元间载频增量小的频率分集和阵元间载频增量大的频率分集。二者的区别在于目的不同,前者为了抗距离相关的干扰,后者为了提高目标检测性能。二者的共同点是发射波束具有距离-角度耦合性。本文研究的MIMO-OFDM雷达发射阵列使用阵元间载频增量大的频率分集,载频增量是以发射阵元之间的脉冲回波解相关的原则计算得到的,阵元间脉冲回波解相关能提高阵列雷达目标检测性能。这是在慢时间维信号处理带来的性能提升。但是在整个阵列脉冲回波内距离-角度存在轻度耦合,这会影响快时间维信号处理的性能。而波束形成就是在快时间维进行的信号处理,为了解决这对矛盾需要消除距离-角度耦合影响然后做波束形成。本文使用了两种方法消除距离-角度耦合影响:1.距离补偿法,补偿接收阵列各阵元接收信号相对于参考阵元接收信号相位延迟项中的距离项。2.解耦法,以距离-角度耦合效应为目标函数,使用遗传算法计算目标函数最小化时的发射载频组合。以该载频组合仿真发射波束,发现距离-角度耦合可以忽略不计,验证了解耦的有效性。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN958
【部分图文】：

作为对比，仿真研究传统线性调频信号的自模糊函数图如图 2.12 所示。图2.12 传统 Chirp 信号的自模糊函数图为了研究子载波个数（一个码元内只包含一个子载波）对 OFDM-Chirp 脉冲分集波形性能的影响，在总时宽和总带宽不变的情况下，增加子载波的个数。即OFDM-Chirp 脉冲分集波形的带宽为 30MHz，时宽为 8 微秒。子载波个数增加为 16个。频域子载波时 域 码 元 tftf时 域 码 元频域子载波w1 w2图2.13 16 个子载波构成的 OFDM-Chirp 脉冲分集波形时频示意图

(a) 波形 w1 的自模糊函数图 (b) 波形 w2 的自模糊函数图(c) 波形 w1 和 w2 的互模糊函数图图2.14 波形 w1 w2 的自模糊函数图和互模糊函数图(a) 波形 w1 的时域图 (b) 波形 w1 的频域图图2.15 波形 w1 的时域频域图图 2.11 和图 2.14 表明增加子载波个数会使自模糊旁瓣降低，对比图 2.4(b)和图

图2.14 波形 w1 w2 的自模糊函数图和互模糊函数图(a) 波形 w1 的时域图 (b) 波形 w1 的频域图图2.15 波形 w1 的时域频域图图 2.11 和图 2.14 表明增加子载波个数会使自模糊旁瓣降低，对比图 2.4(b)和图
【参考文献】

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2 刘韵佛;刘峥;谢荣;;互相关干扰下的MIMO雷达自适应脉冲压缩方法[J];西安电子科技大学学报;2011年04期

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本文编号：2892764