关于MIMO雷达技术及其应用的研究

摘要：伴随科学技术的不断发展，雷达技术得到了巨大的改革，不仅雷达设备种类越来越多，而且技术水平不断提高。MIMO雷达作为一种新型雷达，以其独特的优势与高强的探测水平而在天体、气象、导航、遥感等诸多领域得到了良好的应用。本文主要阐述了MIMO雷达及其主要技术，并对其技术的具体应用进行了相关介绍。

关键词：MIMO 雷达技术 应用

中图分类号：TN919.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）04-0000-00

在人类长期发展过程中，人们为满足探测、跟踪等需求而发明了雷达技术，雷达技术的产生不仅改变了人们在气象、遥感等方面的工作方式，更给人们的工作带来了极大的便利。然而，随着人类认识的不断提高与需求的不断增长，传统雷达技术已无法顺应时展，开发新型雷达势在必行。由此，在目标定位、跟踪等诸多方面占据优势的MIMO雷达应运而生。

1 MIMO雷达介绍

MIMO雷达，即多输入多输出系统，这一概念最初属于控制系统范畴内，后被引入雷达领域，用于表示雷达系统具有多个输入、输出。若将通信传输通道视为一个完整的系统，那么相应系统通信传输信道中的输入信号与输出信号就可以指代对应系统中的发射信号与接收信号，这里提到的系统特指MIMO雷达系统[1]。使用MIMO雷达对目标进行探测时，既可以用接收端各个阵元来接收所有的发射信号，可以借助多个正交信号，也可以利用滤波组来获取尽可能多的多路回波，从而使雷达观测通道的数目与整体性能得到大大的提升。

2 MIMO雷达技术

2.1虚拟阵元技术

将紧凑阵列的密集技术引入到MIMO雷达系统当中是该雷达当前及今后发展的一个重点方向。虽然引入密集技术后的MIMO雷达仍没有实现对空间分集的充分利用，但应用虚拟阵元技术却可以获得许多潜在的应用特点。另外，应用虚拟阵元技术还能够大大提高MIMO雷达的整体性能，主要表现在：其一，虚拟阵元技术可以重叠相应物力阵元，并将其以加权的形式表示出来，这有利于MIMO雷达产生更低的庞斑[2]。其二，应用虚拟阵元技术不仅可以帮助MIMO雷达获得更窄的波束方向图，而且可以助其拓展原物理接收阵列的孔径长度，从而使MIMO雷达拥有更高分辨率的阵列。其三，虚拟阵元技术有利于增加物理接收阵列的自由度与目标最大可辨识数，从而有利于MIMO雷达更为快速准确的探测到目标。其四，当物力阵元阵列间隔超过半波长度时，就需要将其内插到对应的物理接收阵列当中，这一环节可以由虚拟阵元技术来完成。通过这种操作可以使MIMO雷达实现无模糊的角度测量。整体而言，较之传统雷达，引入虚拟阵列技术的MIMO雷达拥有更高的性能。

2.2空间分集技术

有关实践表明，将空间分集技术引入到MIMO雷达系统中，可以使雷达系统利用目标闪烁来达到提高自身性能的目的，这种雷达则隶属于分布式MIMO雷达的范畴。需注意的是，使用空间分集技术需要具备几项必要条件，具体包括MIMO雷达必须包含有Q个散射中心；借助散射中心模型来作为其目标等。相比于传统雷达技术，MIMO雷达可以引入大量的观测通道和物力阵元数来处理自由度，从而实现提高自身整体性能的目的[3]。假设目标散射中心线均匀，且与均匀线阵的雷达发射和接收阵列间隔分别为Rt和Rk，而发射阵列的间隔为d1，接收阵列的间隔为d2，那么根据相应阵元目标线阵以及相关公式即可求出对应空间分集所需满足的条件，从而完成空间分集任务。

空间分集技术可以降低MIMO雷达信号衰落的几率，可以借助平均处理来抑制目标角闪烁，也可以实现相互统计多个独立观测通道。同时，空间分集技术还可以在一定程度上提高MIMO雷达的抗反射导弹、抗摧毁等能力。所以，与虚拟阵元技术相同，空间分集技术的引入也能够有效改善与提高MIMO雷达的整体性能。

3 MIMO雷达技术的具体应用

MIMO雷达技术在实际中的应用包括孔成像雷达、MIMO-SAR等多方面，下面本文将对其在孔成像雷达中的应用进行详细的说明。

应用MIMO阵列的孔成像雷达目前主要有实孔径雷达与逆合成孔径雷达两种类型。实孔径雷达以单发多收方式来实现阵列成像，这种雷达技术具有实时成像的特点，且不需要对目标进行运动补偿，但其实际阵列规模较大，造价较高，不利于推广应用[4]。相对实孔径雷达而言，逆合成孔径雷达的实时性较差，且成像过程需要一定的时间积累。为弥补目标运动缺失这一缺陷，在使用逆合成孔径雷达技术时，需要对非合作高速机动目标的运动状态进行确定。

有关实践表明，在孔成像雷达中应用MIMO阵列可以较好的弥补上述两种雷达存在的缺陷与不足。因为MIMO雷达拥有的并行多通道空间分集能力，可以使孔成像雷达的实时性在MIMO阵列中得到充分的发挥与利用[5]。由于MIMO雷达技术本身就属于一种有效性强、实时性高的合成技术，所以其在孔成像雷达中的应用可以促进两者实时性的高效发挥，并提高雷达成像技术水平。

4 结语

综上所述，本文主要就虚拟阵元技术与空间分集技术在MIMO雷达中的应用与优点及MIMO雷达技术的具体应用进行了详细的分析。通过对MIMO雷达技术的研究，希望能够为MIMO雷达技术科学性的进一步提高打下基础。总之，MIMO雷达作为当代一种新型雷达体制，在目标跟踪、定位、导航、资源探索等诸多领域均存在着广阔的发展前景与巨大的应用潜力。

参考文献

[1]王怀军，许红波，陆珉，黄春琳.MIMO雷达技术及其应用分析[J].雷达科学与技术，2009，04：245-249.

[2]叶胜辉.正交波形MIMO雷达技术及其在双基地雷达的应用[D].电子科技大学，2009.

[3]郭维娜.米波MIMO制导雷达信号处理及参数估计方法研究[D].西安电子科技大学，2014.

[4]牛志军.MIMO技术在天波超视距雷达中的应用研究[D].大连大学，2012.

[5]侯宪美.多载频MIMO高频雷达的波束形成方法研究[D].哈尔滨工业大学，2014.

收稿日期：2016-02-19

作者简介：张磊（1984―），男，汉族，山东德州人，职务助理工程师，职称初级，学位：硕士。研究方向：雷达测控技术。