Modulation recognition of MIMO radar signal based on joint HOS and SNR algorithm

This paper presents a joint high order statistics （HOS） and signal-to-noise ratio （SNR） algorithm for the recognition of multiple-input multiple-output （MIMO） radar signal without a priori knowledge of the signal parameters. This method is capable of recognizing the MIMO radar signal as well as discriminating it from single-carrier signal adopted by conventional radar. Meanwhile, the sub-carrier number of the none-coding MIMO radar signal is estimated. Extensive simulations are carried out in different operating conditions. Simulation results prove the feasibility and indicate that the recognition probability could reach over 90% when the value of SNR is above 0 dB.

MIMO雷达技术发展综述

多输入多输出(MIMO)雷达是通过多个发射端发射特定波形,多个接收端接收各路散射信号并进行联合处理的新体制雷达系统。文中综述了MIMO雷达的技术发展历程,主要介绍了两种典型的MIMO雷达体制及MIMO雷达性能的优越性,总结了MIMO雷达关键技术和实验系统的研究进展,并对MIMO雷达的未来发展进行了思考和展望。

分布式MIMO数字阵列雷达多目标定位

为了充分发挥相控阵雷达探测波束的方向性和分布式多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达空间分集增益和结构增益在目标定位上的优势,提出了一种分布式MIMO数字阵列雷达模型并对其多目标定位方法、搜索复杂度和分辨力进行了研究。建立了分布式MIMO数字阵列雷达的观测模型;依据最大似然估计给出了目标定位的搜索方法并计算了搜索复杂度;并利用模糊函数对分布式MIMO数字阵列雷达的分辨力进行了仿真分析。研究结果表明:与常规分布式MIMO雷达相比,分布式MIMO数字阵列雷达子阵波束的方向性可以降低目标定位时的搜索复杂度,缩小距离和角度联合模糊带的长度;与常规相控阵雷达相比,分布式MIMO数字阵列雷达的结构增益可提高目标分辨力。

分布式MIMO数字阵列雷达阵元优化配置

为了合理分配相参增益和空间分集增益在分布式多输入多输出(MIMO)数字阵列雷达系统中的比重,研究了其阵元的优化配置问题。首先,根据MIMO雷达信号模型将阵元配置问题转化为目标散射系数矩阵的分块划分问题;然后,依据子块内信号相参处理,子块间信号非相参处理的方式推导了似然比检测器;最后,分别从检测概率最大、探测距离最远和总的阵元数最少三个方面给出了阵元优化配置的表达式并进行了仿真分析。研究结果表明:应首先利用相参增益将回波信噪比提高到一定值后才能利用空间分集增益;分置接收天线比分置发射天线牺牲的相参增益少;当检测概率大于0.8时,分置两个收发共用的相控阵天线可使系统阵元总数最少,否则无需天线分置。

统计MIMO雷达的多目标定位和速度估计方法

在多目标情况下,统计多输入多输出(MIMO)雷达需要对不同观测通道中估计出的目标参数进行配对,才能完成多个目标定位及其速度估计。针对这一问题,对统计MIMO雷达提出了一种映射搜索配对法来实现在不同观测通道中的目标距离延时和多普勒频率估计值的配对,从而获得目标位置及其速度估计值。仿真结果表明,该方法在目标雷达散射截面(RCS)闪烁情况下能对多个目标进行有效定位和速度估计。

冲击噪声下基于子空间的MIMO雷达DOA估计研究

研究了MIMO雷达在对称α稳定分布(SαS,Symmetricα-stable)冲击噪声背景下,基于子空间的多目标DOA估计问题,并分析了空间分集特性对DOA估计性能的改善。由于SαS噪声不存在二阶及以上矩,使得传统的基于二阶或高阶累计量的多目标DOA算法在SαS噪声中性能得到恶化。为此,首先在分析MIMO雷达接收数据FLOM(Fractional lower order moment)矩阵子空间的基础上,给出FLOM-MUSIC算法。考虑到FLOM-MUSIC算法需要冲击噪声特征指数的先验信息,为避免噪声特征指数估计,提出基于无穷范数对接收数据归一化处理的Inf-MUSIC(Infinity-norm normalization MUSIC)算法。理论分析表明,无穷范数归一化后的数据协方差矩阵有界,且能分解成噪声子空间和信号子空间。计算机仿真验证了上述两种算法的有效性。仿真结果还表明在冲击噪声背景下,MIMO雷达的空间分集特性也能改善DOA估计的精度。

基于通道选择技术的统计MIMO雷达CFAR检测器

研究了基于通道选择技术的统计多输入多输出(MIMO)雷达恒虚警(CFAR)检测问题,提出了基于顺序统计量(Order Statistic,OS)的通道选择技术及其两种CFAR检测方法。第一种是在事先估计或先验已知有效通道数量me的前提下,非相参积累me个最大的局部检测统计量形成最终的检测统计量,即OS-GLRT检测器。第二种则是采用或规则,对各种有效通道数量假设条件下得出的OS-GLRT检测器的判决结果进行融合,从而克服了OS-GLRT检测器对有效通道数量估计值比较敏感的问题。所得到的MOS-GLRT检测算法无需估计有效通道数量,且在各种输出信噪比分布模型下都具有良好的检测性能。

MIMO阵列雷达检测器的性能分析

本文提出了一种适用于MIMO阵列雷达系统的空域降维检测器,该检测器先将接收到的观测矢量按所对应的不同分集波形分别在接收阵列上进行空时自适应Capon滤波,然后基于各个分集波形的滤波输出设计CFAR检验统计量,从而避免了在高维虚拟阵列上进行完全自适应处理而带来的高计算复杂度和对训练数据量的过分需求.理论推导表明,在大杂噪比条件下,该检测器可等价地表述为各个分集波形自适应Capon滤波输出结果的相参积累与非相参积累之比.同时,大杂噪比条件下的检测性能分析表明,随着波形分集数的增长:当各发射阵元辐射功率一定时,该检测器的检测性能逐渐接近完全自适应CFAR检测器,而计算复杂度以及对训练数据的需求几乎不变;而当总发射功率一定时,其检测性能先是快速增长,然后呈阶梯式缓慢增长,且存在性能上限.这些结论对于MIMO阵列雷达系统设计来说具有一定的指导意义.

宽带MIMO雷达角度估计的统计分辨力

针对传统雷达分辨理论无法反映环境噪声和目标参数对MIMO雷达实际分辨能力的影响的问题,研究了基于统计分辨理论的宽带MIMO雷达角分辨力。建立了宽带MIMO雷达信号模型,将目标分辨问题等效为二元假设检验,利用广义似然比检验方法,推导了在给定虚警概率和检测概率时宽带MIMO雷达的统计角分辨力,分析了检验参数、信噪比、目标参数以及MIMO雷达发射波形参数和几何参数对分辨力的影响,得出与传统分辨理论相比更能反映雷达实际分辨能力的结果,可为雷达系统设计提供优化准则。

长基线统计MIMO雷达检测性能研究

为了充分利用统计多输入多输出(MIMO)雷达的空间分集能力,研究了长基线(天线间距与目标探测距离可比拟)统计MIMO雷达的检测方法和性能。首先,根据雷达方程给出了长基线统计MIMO雷达探测目标时各信道的信号模型;然后,根据Neyman-Pearson准则推导了长基线统计MIMO雷达的似然比检测器;最后,从检测概率和威力覆盖两个方面对长基线统计MIMO雷达的检测性能进行了仿真分析。仿真结果表明:在一定条件下长基线统计MIMO雷达的检测性能优于短基线(天线间距与目标探测距离相比可忽略不计)统计MIMO雷达。研究结果对统计MIMO雷达的系统设计、天线布置和实际应用等研究具有重要的参考价值。

信道距离差异对统计MIMO雷达检测性能影响

研究了统计多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达探测目标时信道间的距离差异对系统检测性能的影响。首先根据雷达方程在信号模型中引入了信道距离差异因子用以表征距离差异对接收信号的影响;在此基础上推导了统计MIMO雷达检测系统的似然比函数和检验统计量的分布;然后利用检测器的偏移系数仿真分析了距离差异导致的信道间目标回波信噪比的起伏对检测性能的影响。仿真结果表明,在信道信噪比较低时信道间距离差异对系统检测性能的影响较小,但随着信道信噪比的提高这种影响在不断增大进而会导致系统检测性能的严重下降。研究结果对统计MIMO雷达的系统配置和实际应用具有参考价值。

基于非线性最小二乘的统计MIMO雷达动目标参数估计算法

根据统计MIMO雷达的工作原理和多脉冲信号模型,提出了一种含加速度的动目标模型,推导证明了位置、速度和加速度联合估计下的CRB,分析了收发天线数、天线配置对参数估计性能的影响,并利用非线性最小二乘模型简化了目标函数的形式,在降低参数估计成本的同时,利用脉冲积累特性又可提高估计精度。文中表明随着天线数、发射脉冲数的增加,系统参数估计性能会大幅提高,且利用最小二乘模型的目标函数,参数估计的效率更高。仿真实验有效地验证了理论分析的正确性。

MIMO雷达信号处理综述

MIMO雷达作为一种新概念的雷达系统正在快速地发展,目前其核心问题是要提高MIMO雷达的信号处理能力。系统地从目标方位、速度、距离估计,以及波形设计、天线阵列设计等方面对MIMO雷达信号处理作了系统的综述。介绍了当前相干MIMO雷达和统计MIMO雷达各方面信号处理的研究现状和存在的问题,并提出了进一步研究的方向。

MIMO雷达中的信号检测

常规雷达系统越来越难于应对日益迫近的空间目标和隐身目标,MIMO雷达已成为一个发展方向.针对运动目标,本文深入分析了充分统计量的概率密度函数,讨论了四种工作模式的内涵,研究了MIMO雷达工作于四种工作模式时的检测模型、方法及性能改善.通过理论和仿真分析,建议MIMO雷达系统采用单发多收工作模式,并且,接收站数量建议取4至6.

非理想条件下分布式MIMO雷达目标检测

针对任意波形相关、任意阵列配置情况下分布式MIMO雷达目标检测问题,提出了一种基于Cholesky分解的MIMO雷达检测器;首先分析了分布式MIMO雷达回波的相关性,并给出了任意阵列配置时MIMO雷达检测算法;同时,为了解决发射波形相关矩阵出现奇异性导致无法获得检测统计量的问题,提出了基于Cholesky分解的分布式MIMO雷达检测方法,给出了统一框架下的检测统计量表达式,推导了虚警概率和检测概率的近似解析式;研究得出:在低信噪比情况下,相关性越大,检测性能越好;在高信噪比时,相关性越小,检测性能越优;最后数值仿真验证了理论分析的有效性和正确性。

MIMO雷达的相干脉冲串检测性能

该文基于SwerlingⅠ和SwerlingⅡ目标模型,在Neyman-Pearson准则下,研究空间分集MIMO(多输入多输出)雷达发射相干脉冲串时的检测方法和性能。该文的检测方法及性能为MIMO雷达和传统雷达提供了一个统一的框架。仿真结果表明,随着相干脉冲串数目的增加,目标的检测性能更好;同时,与传统雷达不同,空间分集MIMO雷达对SwerlingⅠ型目标的检测性能优于SwerlingⅡ型目标。

非均匀杂波中统计MIMO雷达的相参检测

研究了各观测通道中杂波功率水平不均匀条件下的统计MIMO雷达多脉冲相参检测问题。首先利用两步GLRT设计方法推导了杂波功率水平不均匀条件下的统计MIMO雷达广义CFAR检测器,然后基于统计MIMO雷达与传统多基地雷达在系统结构上的相似性,将信息融合的思想引入到检验统计量的设计中,讨论了部分观测通道失效条件下检测器的设计问题。性能分析表明,随着白化后的失效通道数量的增加,基于对各观测通道子统计量取最大值的信息融合方式在检测性能上将逐渐超越基于非相参积累的信息融合方式。

基于分数低阶类相关熵的双基地MIMO雷达目标参数联合估计新算法

针对Alpha稳定分布噪声环境下参数估计性能退化的问题,受类相关熵概念的启发,提出分数低阶类相关熵(FCAS)的概念,并采用分数低阶类相关熵准则对平行因子分析(PARAFAC)算法中基于三线性最小二乘(TALS)迭代准则的目标函数进行了修正,推导出适用于冲激噪声环境的韧性平行因子分析(FCAS-PARAFAC)算法,并将该方法应用于双基地MIMO雷达系统中目标参数估计中。FCAS-PARAFAC算法能够抑制脉冲噪声的影响,具有较好的估计性能,并且能够实现自动配对,仿真实验验证了算法的有效性。

分集路径相关时MIMO雷达的检测性能

针对分布式MIMO雷达分集路径相关时对检测性能影响问题,基于有限散射点目标模型,在Neyman-Pearson准则下研究了分集路径相关时分布式MIMO雷达检测方法和性能;该检测器的充分统计量服从加权卡方分布,推导得到了检测概率与虚警概率的近似解析表达式;数值仿真表明:分集路径相关会降低分布式MIMO的空间分集能力,在高信噪比时,MIMO雷达的检测性能随着分集路径相关性的增强而恶化;而在低信噪比时分集路径相关性能够改善检测性能。

信道互易性对分布式MIMO雷达检测性能影响的研究

为研究分布式多输入多输出(MIMO)雷达天线收发共用导致的信道互易性对检测性能的影响,首先利用分布式MIMO相控阵雷达观测目标时的信号模型分析了天线收发共用导致的信道互易性;然后,在考虑信道互易性条件下依据相关信道间的目标回波相参积累、独立信道间目标回波非相参积累的方法推导了分布式MIMO雷达的似然比检测器;最后,仿真分析了有信道互易性和无信道互易性两种情况下分布式MIMO雷达的检测概率曲线。仿真结果表明:在一定条件下,信道互易性可有效提高分布式MIMO雷达的检测性能。