多輸入多輸出系統(tǒng)(MIMO,Multipleinputmultipleoutput)最早是控制系統(tǒng)中提出的一個概念，它表示一個系統(tǒng)有多個輸入和多個輸出。而MIMO技術(shù)早期用于干擾無線信號，后來則用于移動通信和固定寬度的無線領(lǐng)域。如果將移動通信系統(tǒng)的傳輸信道看成一個系統(tǒng)，則發(fā)射信號可看成移動信道(系統(tǒng))的輸入信號，而接收信號則可看成移動信道(系統(tǒng))的輸出信號。在通信中，由多徑引起的衰落通常被認(rèn)為是有害因素，不過對于MIMO系統(tǒng)而言，多徑可引起的衰落以作為一個有利因素并加以利用°MIMO技術(shù)以其可以有效利用多徑引起的衰落來成倍地提高業(yè)務(wù)傳輸速率，并引發(fā)了通信的一次革命。基于通信系統(tǒng)中的MIMO技術(shù)的使用情況，近幾年國外學(xué)者提出了MIMO雷達(dá)的概念。1.MIMO雷達(dá)信號處理發(fā)展歷史1.1國外研究現(xiàn)狀國外最早在MIMO雷達(dá)信號處理領(lǐng)域開始開創(chuàng)性的工作者有NewJerseyInstituteofTechnology的EranFishler、AlexHaimovich等人，他們研究的工作主要集中在MIMO雷達(dá)的信號建模，從模型中獲取我們感興趣的參數(shù)的算法研究(如散射點的散射系數(shù)，散射點距雷達(dá)的距離等)，并從雷達(dá)對目標(biāo)檢測性能等方面說明它相對于普通的相控陣?yán)走_(dá)所具有的優(yōu)越，性，明確指出了MIMO雷達(dá)將是未來雷達(dá)發(fā)展的一個趨勢。幾乎在同一時期，MITLincolnLaboratory的K.W.Forsythe等人的研究工作也在同步進(jìn)行，他們的研究工作則主要集中在MIMO雷達(dá)的性能優(yōu)越性的理論證明。同時該實驗室的FrankC.Robey也作了大量的實驗，通過大量實驗證明MIMO雷達(dá)相比傳統(tǒng)的雷達(dá)有許多優(yōu)點。目前國外研究MIMO雷達(dá)的著名機(jī)構(gòu)有美國的佛羅尼達(dá)大學(xué)(UniversityofFlorida)，MITLincolnLaboratory、新澤西理工學(xué)院(NewJerseyInstituteofTechnology)等。研究的焦點主要集中在有源MIMO雷達(dá)波形設(shè)計、多通道信號模型、目標(biāo)檢測性能分析、DOA估計性能分析等方面，并取得了巨大的成果，Bliss,D.W.Forsythe,K.W.，率先在理論上證明了MIMO雷達(dá)技術(shù)在目標(biāo)角估計、降低旁瓣電平及目標(biāo)檢測性能優(yōu)于常規(guī)雷達(dá)。在有源MIMO雷達(dá)波形設(shè)計方面和DOA估計性能分析等方面的工作佛羅尼達(dá)大學(xué)的JianLi、YaoXie及UppsalaUniversity的PetreStocia等作了大量的工作，研究的焦點集中在基于Capon算法及穩(wěn)健的Capon算法、最大釋然估計算法在參數(shù)估計方面的應(yīng)用，以及在此研究內(nèi)容下的檢測性能分析，為自適應(yīng)信號處理在MIMO雷達(dá)中應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。信號檢測方面，2006年EranFishler等人系統(tǒng)研究了單脈沖條件下MIMO雷達(dá)系統(tǒng)目標(biāo)檢測問題，并建立了單脈沖條件下MIMO雷達(dá)的窄帶目標(biāo)模型及信號模型，分析比較了該體制雷達(dá)于相控陣?yán)走_(dá)在高斯平穩(wěn)隨機(jī)過程下的單脈沖的檢測性能，隨后在EranFishler等人的工作基礎(chǔ)上，Dai進(jìn)一步分析了MIMO雷達(dá)的對雜波加噪聲背景中小目標(biāo)的檢測性能分析。在試驗方面Robey,F.C.、Coutts等人利用多重空間-時間編碼和多個接收相位中心的波形，以獲取提高雷達(dá)性能并給出了實驗結(jié)果，其研究結(jié)果發(fā)表在2004年的IEEE會議期刊上。MIMO雷達(dá)國外研究現(xiàn)狀MIMO雷達(dá)國內(nèi)研究現(xiàn)狀MIMO雷達(dá)相位誤差產(chǎn)生機(jī)理3.1散射中心模型參數(shù)估算法3.2MIMO雷達(dá)相位校正方法研究本文研究工作和研究方案參考文獻(xiàn)MIMO雷達(dá)最大的優(yōu)點是能對抗雷達(dá)散射截面(RCS,Radarcrosssection)，提高雷達(dá)對感興趣目標(biāo)檢測能力。而在傳統(tǒng)雷達(dá)體制中，目標(biāo)的閃爍被認(rèn)為是有害的，產(chǎn)生的RCS起伏會降低雷達(dá)的性能?？茖W(xué)研究表明：目標(biāo)相對于雷達(dá)距離和方位的微小變化都可能會引起回波能量的劇烈起伏，即使千分之一的弧度角方位變化都可能導(dǎo)致回波能量10dB以上的劇烈變化。目標(biāo)回波引起的劇烈衰落造成了系統(tǒng)性能的急劇下降?？朔@一問題的方法有2種，第一是采用陣元間隔很近的最大化相干處理系統(tǒng)，第二種是采用分集技術(shù)，如空間分集，頻率分集等等。其中采用空間分集技術(shù)的雷達(dá)即是所謂的MIMO雷達(dá)。該雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)合了多信號技術(shù)和陣列技術(shù)，具有很多優(yōu)點，如能夠形成大的虛擬陣列孔徑，能同時完成對目標(biāo)檢測和跟蹤，以及利用空間分集對抗目標(biāo)RCS閃爍等，有著廣泛的應(yīng)用前景。其中，利用空間分集對抗目標(biāo)的RCS閃爍受到了廣泛的關(guān)注。因為目標(biāo)回波是由具有不同相位的大量散射體的子回波疊加而成，所以當(dāng)從不同角度照射目標(biāo)時，子回波的疊加方式是不同的。如果用隨機(jī)變量描述子回波，那么從不同角度觀測雷達(dá)就有可能得到彼此相互統(tǒng)計獨立的回波成分。在MIMO雷達(dá)系統(tǒng)中，位于不同位置的發(fā)射陣元發(fā)射相互正交的信號，接收機(jī)利用正交，性分離來自不同觀測角度的回波。如果這些回波相互統(tǒng)計獨立，那么它們同時出現(xiàn)衰落的概率很小。因此，MIMO雷達(dá)可以合并這些回波以抑制目標(biāo)的“閃爍”，進(jìn)而提高檢測性能。在MIMO體制基礎(chǔ)上發(fā)展的MIMO-SAR（多輸入多輸出合成孔徑雷達(dá)）等雷達(dá)則可以實現(xiàn)雷達(dá)的多功能化。對于通常的SAR成像雷達(dá)而言，其實現(xiàn)的功能很單一。將MIMO體制和SAR成像雷達(dá)有效的結(jié)合，可以擴(kuò)大雷達(dá)的功能。對于通常的SAR成像雷達(dá)而言，只是采用單一信號，順序地作單點觀測。而將MIMO體制和SAR相結(jié)合則增加YSAR雷達(dá)的空、時、極化和自由度?？沙浞掷枚喟l(fā)多收體制提供了更多的自由度實現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo)檢測、進(jìn)行波束形成解模糊、干涉測高、海表流速測量等一系列重要功能，并在復(fù)雜的環(huán)境中實時地監(jiān)測有用的軍事目標(biāo)。通過MIMO體制從多角度觀測目標(biāo)，從而更詳細(xì)地展示了目標(biāo)特性，為后續(xù)的目標(biāo)識別處理提供更多的信息。實現(xiàn)了雷達(dá)的多功能化是今后雷達(dá)發(fā)展的趨勢。我們充分利用多發(fā)多收體制提供了更多的空間自由度實現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo)檢測、干涉測高、海表流速測量等一系列重要功能，使我們可以在復(fù)雜的環(huán)境中實時地監(jiān)測有用的軍事目標(biāo)。通過MIMO體制和SAR雷達(dá)的結(jié)合，大大地增強(qiáng)了現(xiàn)有雷達(dá)的功能。從國外研究工作看,MIMO雷達(dá)仍然是一個全新的概念，國外雖然已開展大量研究，但都還不成熟?；具€集中在雷達(dá)系統(tǒng)一些最基本的理論問題，對其技術(shù)特征開展也僅是理論分析和驗證。并且考慮得并不全面，如由于雷達(dá)天線硬件延時的差異和相移不同會導(dǎo)致回波信號多余的相位誤差，直接影響后續(xù)的信號處理等問題的解決辦法（即本課題的研究內(nèi)容）；如何實現(xiàn)MIMO雷達(dá)的自動檢測及CFAR等處理尚未有學(xué)者研究過。而在MIMO雷達(dá)體制基礎(chǔ)上發(fā)展的新體制雷達(dá)如MIMO-SAR研究的內(nèi)容就更少見了，UniversityofFlorida的JianLi等人利用Capon等算法對MIMO-SAR的成像問題作了一個初步研究，研究成果已經(jīng)發(fā)表在2007的IEEE會議雜志論文上，另外還有部分學(xué)者對MIMO-SAR的優(yōu)點作了分析，其研究的成果也發(fā)表在IEEE的會議雜志上。但都是停留在理論研究的層面，離實際工程應(yīng)用還相距較大。如當(dāng)我們考慮到實際平臺飛行過程中存在運(yùn)動誤差時，基于回波數(shù)據(jù)補(bǔ)償?shù)人惴ǖ难芯坎⑽匆妼W(xué)者提到過。由于MIMO雷達(dá)是一種新提出的雷達(dá)體制，涉及到的很多問題都沒有解決。但是對于由于雷達(dá)天線硬件延時的差異和相移不同會導(dǎo)致回波信號多余的相位誤差的校正方法國內(nèi)外也曾有學(xué)者的研究過，而由于他們都是建立的信號模型都是基于多輸入單輸出（MISO）體制的基礎(chǔ)上，因此對我們的研究內(nèi)容具有一定的借鑒作用。國外在這方面做的工作較多的是CuomoKM等學(xué)者。國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)如國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)的付耀文、張琛等在國外學(xué)者研究的基礎(chǔ)上改進(jìn)了它們的研究成果?？偟恼f來目前國外基于MIMO體制的雷達(dá)信號處理主要集中在兩大方面：一是基于MIMO雷達(dá)體制下目標(biāo)參數(shù)估計研究、信號設(shè)計、性能檢測等基礎(chǔ)理論探索方面，另一方面則是在通過實驗去證明基于MIMO體制的雷達(dá)所具有的優(yōu)越，性。而基于在MIMO體制上的新體制雷達(dá)受條件所限則研究較少。待解決的問題還有許多。國內(nèi)該領(lǐng)域的研究工作剛剛起步，從事MIMO雷達(dá)的研究工作基本是在2006年，對該體制雷達(dá)的諸多方面都還認(rèn)識得不夠，涉及的工作主要是跟蹤了解國內(nèi)外的發(fā)展方向，以其能盡快進(jìn)入這一熱點領(lǐng)域的研究前沿。研究機(jī)構(gòu)主要有清華大學(xué)、電子科技大學(xué)、南京電子技術(shù)研究所、空軍雷達(dá)學(xué)等科研院所，但大都未受到國家自然科學(xué)基金委的資助，據(jù)作者了解2006年國家自然科學(xué)基金僅資助電子科技大學(xué)（項目名稱：基于空間分集的多輸入多輸出(MIMO)雷達(dá)信號模型研究；項目編號：60672044)清華大學(xué)資助項目名稱(項目名稱：運(yùn)動平臺MIMO雷達(dá)的若干理論問題研究；項目編號：60602048)這2項有關(guān)MIMO雷達(dá)的課題。這說明MIMO這種新體制雷達(dá)在我國并未受到足夠的重視。而這些機(jī)構(gòu)的研究內(nèi)容也基本集中在MIMO雷達(dá)的性能檢測，信號設(shè)計的基礎(chǔ)理論上，并未取得實質(zhì)性的創(chuàng)新性成果。隨著MIMO雷達(dá)以及在MIMO體制雷達(dá)基礎(chǔ)上發(fā)展的新體制雷達(dá)通過理論研究的深入，通過實驗證明得到其具有常規(guī)雷達(dá)所不具有的優(yōu)越，性。國內(nèi)的西安電子科技大學(xué)、中科院電子所、北京理工大學(xué)等單位也已經(jīng)開始著手MIMO雷達(dá)以及在MIMO雷達(dá)體制上發(fā)展的新的雷達(dá)的研究工作。研究工作定位在基于MIMO體制雷達(dá)的基礎(chǔ)上，考慮多個維度信息的綜合，如通過MIMO-SAR發(fā)射跨波段信號獲取高分辨大測繪帶的場景成像，引入干涉這個維度的信息同時獲取目標(biāo)高程信息和速度信息等，考慮極化這個維度提高對目標(biāo)檢測的能力。由此可見，國內(nèi)外的MIMO這種新體制雷達(dá)雖然出現(xiàn)的時間短，但以其具有提高目標(biāo)檢測的能力，實現(xiàn)低截獲概率雷達(dá)輻射功率的有效控制，提高雷達(dá)的作戰(zhàn)性能和戰(zhàn)場生存能力，對抗目標(biāo)的雷達(dá)散射截面積等優(yōu)點迅速引起了政府部門及我國研究機(jī)構(gòu)的高度重視，并取得巨大了的研究成果。而在MIMO體制的基礎(chǔ)上考慮新的雷達(dá)體制，如MIMO-SAR更是有利于實現(xiàn)地面動目標(biāo)檢測，定位、成像以及海面波動場景速度的測量。將一個大帶寬信號分成若干個子帶，并選取小的PRF保證大測繪帶作為我們所需要的脈沖重復(fù)頻率，通過MIMO天線陣列同時發(fā)射出去，然后再接收端等效的合成一個距離向的大帶寬信號，提高距離向分辨率，通過空域濾波方法，或者對回波信號進(jìn)行匹配濾波，取出各個天線發(fā)射的信號，實現(xiàn)方位上的多普勒解模糊，提高方位向分辨率。從而通過獲取成像場景的大測繪帶高分辨成像。另外基于MIMO-SAR的成像體制雷達(dá)還具有地面動目標(biāo)檢測、測速、定位和成像。并充分地利用通道間距的多樣性以及發(fā)射載頻的多樣性有效地減少盲速，擴(kuò)大不模糊速度范圍。我們可以預(yù)見MIMO雷達(dá)必將成為未來雷達(dá)領(lǐng)域的一個新的發(fā)展方向。未來基于MIMO雷達(dá)信號處理的研究內(nèi)容，作者認(rèn)為將會主要集中在2大方面。一方面是MIMO雷達(dá)信號處理的基本理論問題。如何實現(xiàn)MIMO雷達(dá)