姓名：林明聪；学号：21021210897；学院：电子工程学院
【嵌牛导读】MIMO雷达波形优化是指利用MIMO雷达的波形自由度优化波形，达到预期的雷达性能。
【嵌牛鼻子】集中式MIMO雷达；分布式MIMO雷达；波形优化
【嵌牛提问】当前的波形优化研究到那个地步？
根据天线之间的距离，多输入多输出 (MIMO) 雷达可以分为两种类型，分布式MIMO雷达和集中式MIMO雷达。雷达波形是来自目标和雷达环境信息的载体，因此雷达波形对两种类型的雷达都起着重要作用。雷达波形是指发射的信号整体，在MIMO雷达系统中，发射波形通常是正交的，正交的发射波形使雷达发射信号的设计有更多的自由度，可以获得更好地探测性能。在集中式MIMO雷达波形设计中，可以通过设计期望的雷达发射方向图，使雷达的发射能量集中在感兴趣的方向上，可以通过压缩角域信号的相关旁瓣，降低强目标返回信号淹没弱目标返回信号和触发虚警的风险，减小不同方向返回信号的相互干扰。
现有集中式MIMO雷达波形设计中主要考虑三方面的问题：（1）发射方向图的匹配：发射方向图的物理意义是发射波形在空域功率分配的情况,它包括单波束方向图、多波束方向图、全向方向图。相比于机械扫描雷达，传统的相控阵雷达虽然可以灵活切换波束，但如果需要对整个区域进行扫描时（如搜索阶段）效率比较低，另外在跟踪阶段特别是对多目标进行跟踪时，均分到每个目标上的照射时间比较少，这样可能会带来参数估计精度误差，跟踪性能下降等问题。在搜索阶段，MIMO雷达可以发射全向的方向图，这样可以实现对整个区域的同时照射，由于全向方向图增益比较小，需要进行长时间的积累，对于运动速度比较快的目标检测性能比较差。当对某个或者某几个区域感兴趣时，MIMO雷达可以发射单波束（波束宽度可以根据需要自由调整）或者多波束方向图，这样可以提高雷达系统的参数估计精度和跟踪性能。因此，MIMO雷达方向图的设计需要根据应用场景的需要进行自由调整。（2）角域信号自相关旁瓣电平的抑制：集中式MIMO雷达发射的波形在空中合成的信号被称之为角域信号，角域信号经目标反射后的回波信号在接收端需要进行脉冲压缩。为了提高雷达系统的检测性能，脉冲压缩后的旁瓣电平需要被抑制的尽可能的低。（3）不同角域信号互相关电平的抑制：MIMO雷达在不同角域合成的角域信号是不同的，当MIMO雷达在感兴趣的几个区域同时发射波束（即多波束）时，在不同角域合成了不同的角域信号。当角域信号被目标反射回来时，不同角域信号的回波信号不同，为了降低不同角域信号回波之间的相互干扰，需要使不同角域信号之间的相关性尽可能的小，即抑制不同角域信号间的互相关电平来确保不同角域信号的回波信号可以容易被区分。然而，对于集中式MIMO雷达，发射的信号通常是相位编码信号，相位编码信号的频谱中含有较多旁瓣，产生频谱泄露问题。
现有的分布式MMO雷达波形设计通常考虑以下三个方面：（1）发射波形应为恒模信号：为了最大化雷达系统的效率，雷达发射电路中的功率放大器通常工作在饱和模式。因此设计的发射波形需要是恒模信号，否则非恒模信号通过功率放大器后会引起幅度失真。（2）设计具有低自相关旁瓣的波形：为了提高雷达的检测性能，发射波形需要有比较好的脉冲压缩性能。为了防止脉冲压缩后高功率回波的旁瓣触发虚警或淹没低功率回波的主瓣，波形的自相关旁瓣电平尽可能低。（3）设计具有低互相关旁瓣的波形：分布式MIMO雷达波形应具备正交性来区分来自不同发射信号的回波。但绝对正交的波形通常难以实现，在实际应用中，可以通过波形优化使其具有较低的互相关电平，近似正交波形。
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