正交MIMO雷達抗干擾性能分析

李銳洋 譚龍飛

摘 要 集中式MIMO雷達采用多個收發(fā)天線，通過發(fā)射正交波形實現波形分集，形成的虛擬陣列極大拓展了雷達的有效孔徑，有效減小了雷達波束寬度，使得雷達在空間搜索、目標檢測及參數估計等方面具有明顯優(yōu)勢。本文先介紹MIMO雷達的虛擬陣列特性，在此基礎上對比分析了采用旁瓣對消方法時，相控陣及MIMO兩種體制雷達的抗干擾性能。

關鍵詞 MIMO雷達;抗干擾;旁瓣對消

引言

近年來，隨著多輸入多輸出技術（MIMO）的迅速發(fā)展，將該技術應用于雷達領域的研究也愈發(fā)廣泛[1]。MIMO雷達可分為分布式[2]和集中式兩種，分布式MIMO雷達利用收發(fā)陣列空間分置，使得收發(fā)處理間獨立，實現空間分集;集中式MIMO雷達可以看作是相控陣雷達的變形，通過發(fā)射相互正交的信號，使得信號在空間中無法融合，從而實現波形分集。本文的討論對象為集中式MIMO雷達，其信號形式及系統構成靈活且易拓展。

1MIMO雷達虛擬陣列

在實際工作中，MIMO雷達在發(fā)射端將天線分為多個子陣，通過對寬帶數字收發(fā)單元的控制，子陣間發(fā)射M個相互正交的信號，在空間無法同相位疊加合成高增益的窄波束，而是形成低增益的寬波束。在接收時，MIMO雷達采用延遲線或DBF技術在空間形成N個接收波束，覆蓋發(fā)射寬波束的空域范圍，通過匹配濾波恢復出每個發(fā)射信號的回波，最終對這MN個信號進行發(fā)射、接收波束形成等處理，就可獲得遠大于原始孔徑的虛擬孔徑[3]，這種陣列稱為奈奎斯特虛擬陣列。

利用這種收發(fā)波束分別處理空域信息的方法，MIMO雷達獲得了相比于傳統相控陣雷達更大的空域自由度。下面針對這一特性，對比分析相控陣雷達及MIMO雷達的抗干擾性能。

2MIMO雷達抗干擾性能討論

基于旁瓣對消理論而衍生的一系列抗干擾方法在雷達信號處理中是較為常用的[4]，通過這種方法可以在雷達接收方向圖中的干擾方向形成零陷，從而抑制該方向的干擾信號。

環(huán)境中針對雷達的干擾主要包括壓制干擾、轉發(fā)欺騙干擾等形式。常見的壓制性干擾信號包括噪聲調頻信號和噪聲調幅信號等，轉發(fā)欺騙干擾的種類較多，但都是基于偵收到的雷達信號進行變形并轉發(fā)后形成。

對于壓制干擾，由于干擾信號與雷達的發(fā)射信號無關，MIMO雷達無法在接收端通過匹配濾波分離干擾信號，等效發(fā)射波束形成就無法進行，即MIMO雷達對壓制干擾不能形成虛擬孔徑，那么對于相控陣與MIMO雷達來說都只能通過N個陣元的接收陣列來進行干擾抑制，因此兩種模式抗干擾性能相同，均由接收陣決定。

對于進入接收波束主瓣的轉發(fā)欺騙干擾，不論是相控陣或MIMO雷達都沒有很好的干擾抑制方法，強行抑制的結果會導致主瓣增益下降及波束展寬，這對于接收信噪比、測角等性能都有極大影響，所以本文主要考慮旁瓣轉發(fā)干擾。由于干擾是針對接收陣列信號進行的，下面分兩種情況進行討論。

第一種，相控陣雷達與MIMO雷達接收陣列均為緊湊陣，即N陣元、半波長的接收陣列。由于轉發(fā)干擾與發(fā)射信號具有相關性，MIMO雷達通過匹配濾波可以分離干擾信號，這就等效于一個MN陣元的虛擬陣來接收干擾信號，相應地MIMO雷達的等效主瓣寬度將遠小于相控陣雷達。假設存在某一朝向雷達接收主波束的轉發(fā)干擾信號，對相控陣來說該干擾位于波束主瓣，若產生零陷必然會使主瓣產生畸變;而對MIMO雷達來說同樣的干擾在虛擬陣列中很可能位于旁瓣上，采用自適應旁瓣對消方法產生的零陷并不會影響到主瓣。因此這種情況下，MIMO雷達抗轉發(fā)干擾的性能優(yōu)于相控陣。

第二種，雷達采用稀疏陣列接收，即陣元間距遠大于半波長。對于MIMO雷達，根據波束形成原理，由于雷達接收陣列的陣元間距更大，接收方向圖會出現接收柵瓣。由于全向發(fā)射特性，干擾機容易收到雷達信號，轉發(fā)后從副瓣進入的干擾可用常規(guī)方法進行抑制，而從柵瓣進入的轉發(fā)干擾由于幅度較大，必須通過收發(fā)聯合波束形成，使得從實際接收陣列柵瓣進入的干擾變?yōu)閺奶摂M陣列的旁瓣進入，再采用常規(guī)基于旁瓣對消的方法進行抑制。而對于相控陣雷達，雖然接收陣列存在柵瓣，但接收方向圖的柵瓣方向通常為發(fā)射方向圖的零點方向，干擾機難以收到雷達信號，因此通常不存在轉發(fā)干擾。

3結束語

通過發(fā)射正交信號MIMO雷達可在接收端分離各信號，從而提升空間自由度、獲得遠大于物理孔徑的虛擬孔徑。基于這一特性本文分析了相控陣雷達與MIMO雷達在采用旁瓣對消方法抗干擾時的性能優(yōu)劣。對于壓制干擾，相控陣與MIMO雷達具有同樣的接收陣列，抗干擾的性能相當;接收陣緊湊布置時，MIMO雷達的抗轉發(fā)干擾性能優(yōu)于相控陣雷達;接收陣稀疏布置時，相控陣雷達由于不需要抑制柵瓣方向的轉發(fā)干擾，而MIMO雷達需要抑制，抗干擾性能較好。

參考文獻

[1] 何子述，韓春林，劉波. MIMO雷達概念及其技術特點分析[J]. 電子學報，2005，33（12）：2441-2445.

[2] 李建，斯托伊卡. MIMO雷達信號處理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2013：152-153.

[3] 鄭志東，張劍云. MIMO雷達波束方向圖及其旁瓣抑制方法[J]. 系統工程與電子技術，2010，32（2）：287-290.

[4] 韓昭，王強，唐立科. 對相控陣雷達自適應旁瓣對消的多點源壓制干擾[J]. 航天電子對抗，2017，33（2）：17-21.

作者簡介

李銳洋（1988-），男，陜西西安人;畢業(yè)院校：電子科技大學，專業(yè)：信號與信息處理，學歷：博士研究生，現就職單位：中國電子科技集團公司第二十九研究所，研究方向：雷達信號處理。