讲稿黑白 保老师PPT课件

1、1雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室I. 引言i）空域信号处理（检测、参数估计和滤波）的发展早期雷达 单输入单输出（SISO）单脉冲雷达 单输入双输出（SIBO）相控阵雷达 单输入多输出（SIMO）发射多样性雷达 多输入多输出（MIMO）第1页/共26页2雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室两类 MIMO 雷达 a）空间稀布阵（多视角） 目标回波 RCS 不同 b）伪单站 多个收、发阵元到目标射线近似平行（远场条件） 窄带信号 阵元间包络时延可忽略 本报告只讨论 b.（伪单站） 发射信号多样性 中心频率 相同0f 信号带宽相同，但波形不同（不同编码）第2页/共26页3有源相控

2、阵用一系列 T/R 组件，但发射信号相干波形多样性 一般用编码信号、正交信号雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室nsiMfjfjtenenn01022)1(ssstMfjntMfjteenn010221)2(ssstHMiittsE12)2()2(|ss11112122111211tttMMMMNnHsnnNssRMIMO功率相关矩阵相控阵目标处信号码元序列 发射阵元序列 t,1,2,Mi, 2 , 1Nn阵元阵元阵元 到目标的时延ii（ ） 第3页/共26页4雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室 ii）预备知识 a）单接收与自发自收单接收sin2d自发自收sin22d（孔径长

3、度加倍L2L）d第4页/共26页5雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室b）等效相位中心发 收 EPCsin2dsin2dd3发、3 收等效相位中心（自发自收）相当于单收第5页/共26页6雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室c）到达波方向（DOA）估计多个信号要多次信号 非相干（如目标多普勒不同）如为相干信号，用（对均匀线阵，子阵平移，倒置）MIMO 对同样接收阵列，发射相位中心改变12MrTfjfjrMee, 1 )()(2)(2010awaas)()(2211第6页/共26页7雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室 问题： a）相对于相控阵雷达，空间能量分散。 （对搜索

4、雷达，延长了驻留时间） 如对单目标作“烧穿”工作，不合适。 b）对外来有源干扰，等效相位中心不成立（仍为原接收阵列）。iii）MIMO 雷达的优点和问题优点：a）自由度 （可辨识度，空域滤波特性） b）阵列孔径（空间分辨率） c）可获得多个非相干回波（发射相位中心变）（用于自适应处理）第7页/共26页8雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室), 1( tMiiNnnsi,1, ), 1( rMjjNnnyj,1, NnnnselHtiMifjtli, 1 )()( )(1)(20saTfjfjtltMlee,)()(2)(2010aTMnsnsnt,1sII信号模型发射信号接收阵元目标

5、l 处的信号接收信号发射阵元12M3第8页/共26页9雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室l目标回波反射系数为 NnnlHtl,1, )(sa第 j 个接收阵元的信号为 Nnnyj, 1 )( )(20nwnenyjlHtlfjjljsa接收阵列回波向量TMnynynr, 1y接收阵列流形TfjfjrlrMlee,)()(2)(2010a)()( 1*nnnlHtLllrlwsaayTMnwnwnr,1w则其回波为 1ny2nynyrM12Mr第9页/共26页10如收发共用雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室trMM )()(2)()(2)()(2)()(2)(2)(2)(2)

6、(201010110010010 ,)()()(tMrMtMrMtMrMfjfjfjfjfjfjfjfjTtreeeeeeeeaaA 发射1的接收阵列流形 )( 1nnnLlllwsAy2) 1(222MMMM),(在 已知，估计 ny而等效天线相位中心（含重复）为 rMM 1（接收信号数 ） trMM nyj为第 j 个接收阵元中 tM个信号组合 NMr有 个数据 ny第10页/共26页11雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室对正交信号组 11NnHjjnsnNy从接收阵列输出中分离出第 j 个发射回波向量 tMj, 1检测、参数估计或滤波Nn 1Nn 11rMNn 1Nn 111t

7、N11*1nsNtrMM1nynyrM综合发射方向图（可多个）1*nsNtM1*1nsN1*nsNtM第11页/共26页12雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室,1tMEtrMM 维 vswV1ec1nnNHLlNnnNH1ss)(Vec)(AdN)()()(VectrtaaAkronecker积 kronecker 积LlllHLlLlllHHLlllMNnHMnnNNnnNnnNnnNtt111rt1111)( 1Vec)(Vec 1MM 1Vec1)(Vec 1Vec,VecvdswAswssAsy第12页/共26页13雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室如果发射信号组

8、非正交，则相关矩阵ns 11nnNHNnssssR另找正交基UHU为 的特征矢量与特征值 U、ssR21nnHsUsns代替前面的用 ns各分量在 U 的正交量上的投影求 nsMtUUUU，,21Mt0000000021第13页/共26页14雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室. MIMO方向图与自由度LlllMr11)(),(Vecvd)()()(Vec)(rtNNaaAdkronecker积 kronecker 积第14页/共26页15雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室等效相位中心举列（a）4rtMM （a） 共 ULA 2d 有效相位数1rtMM（b） 4rtMMULA

9、 2 ,2trdd有效相位中心数rtMM （c） MMMrt收、发共位)()(TAA 2) 1(222MMMM第15页/共26页16雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室.空间滤波特性举例MIMO与相控阵比较（a） ULA ,10MMMrt2dL=12 ULA 5 . 2, 5;2, 5dMdMrr L=16（b） ULA2dM=10（收、发共用） ，等功率。 MIMO 相控阵 更多的等效相位中心，可形成空间滤波特性好的方向图，用GMTI第16页/共26页17.自适应波束形成 参数估计雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室),(）不依赖数据傅氏谱、最小二乘（LS）谱）基于数据自适应

10、谱（Capon, APES）第17页/共26页18雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室）LS 谱2*,)()()()()(minarg)(,(FHtrnnsaay)()()()()( )()()()(tr)()()()()(*2*nnnnntrTrtHHFtrsaayaasysaay对 求导，并令其为零，得：)(*)()()()()()()()(2LStssHtrtHTrNnnaRaaasya有干扰时性能差不依赖数据 分辨率差、旁瓣高。第18页/共26页19雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室）自适应估计分两步：b）再估计 LS 谱a）Capon 法主要针对外部干扰，所以权只对

11、接收阵列作自适应wRwwyyHmin1* 1)(rMrHCw aw对 得 rrMMyyNnHyyryyTrryyCnnNRyyRaRaaRw1*1*1capon)()(1 )()()(得 Capon 波束形成)()()(*11ryyTryyTrHnnaRayRaywa）用 Capon 法（或 APES 法）求权（用一次回波数据，有 N个样本, 个线性独立信号）tM第19页/共26页20雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室对 MIMO 雷达 )()()()(*nnnHtrwsaay即 )()()()()(11ryyTryyTrHtHnnnaRawRasayw对上式求 LS 谱)()()(

12、)()()(*11CapontssHtryyTrtHyyTrNnnaRaaRaasyRa第20页/共26页21雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室b）APES（幅相联合估计）)()(min,nnHtHsayww1)(*rHaw对 )()()()()()(*11APEStssHtrTrtHTrNnnaRaaQaasyQa其中)()()()(2tssHtHTrtHyyNnnnnaRaysaasyRQ第21页/共26页22雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室c）波束形成 举列),(MIMO 雷达 zdMMMrt ULA, 10（收发共用） 目标 L=3 QPSK 序列 N=2561 , 4 , 410 ,25 ,40321321强干扰（波形与信号不相关） )dB60(1000 0 22SNR=10dB第22页/共26页23雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室结果Capon 法 分辨高（定位准），幅度估计APES 法 分辨稍低，幅度估计CAPES 两者联合以上诸法对强干扰（60dB）不能完全抑制。 将各方向输出与波形比较（用广义最大似然