集中式MIMO雷达研究进展：正交波形设计与信号处理

来源：雷达科学与技术杂志2023年第1期北京时间：

作者：黄磊，柳艾飞，高才才

单位：1. 深圳大学电子与信息工程学院， 广东深圳 518000;2. 西北工业大学软件学院， 陕西西安 710129;3. 深圳市华讯方舟微电子科技有限公司， 广东深圳 518100

摘要：集中式多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）雷达通常利用正交波形增加发射波形自由度，采用数字阵列拓展空间收发自由度，使得雷达接收机的天线孔径获得明显扩展，最终带来空间分辨率、测角精确度、杂波抑制能力等大幅度提升。但是，这些性能提升的前提是发射波形具有正交特性。事实上，在实际应用中，在不牺牲时域/频域资源情况下，受限于时宽带宽积，无法获得完全正交的波形集合，从而限制了MIMO雷达系统性能。本文对集中式MIMO雷达正交波形复用的技术原理进行了系统回顾，分别归纳了三种快时间发射波形设计方法：时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）、码分复用（Code Division Multiplexing，CDM）和频分复用 （Frequency Division Multiplexing, FDM），以及两种慢时间发射波形设计方法：多普勒分复用（Doppler Division Multiplexing，DDM）和随机相位编码波形，并对其优缺点进行对比。同时，对快时间MIMO和慢时间MIMO的信号处理流程进行归纳综合，给出基于匹配滤波的集中式MIMO雷达统一信号处理框架。为了展示不同波形对成像性能的影响，本文给出了基于三维匹配滤波的MIMO雷达成像结果。最后，结合实际应用问题，指出当前MIMO雷达面临的技术难点和发展趋势。

关键词：MIMO雷达,正交波形,时分复用,码分复用,频分复用,多普勒分复用,

基金资助：国家杰出青年基金项目（No.61925108）；陕西省自然科学基础研究计划一般项目-面上项目（No.2023?JC?YB?573）；中央高校基本科研业务费（No.D5000210641）