时变运动在MIMO系统中时延和多普勒频移耦合模糊的研究

The arrangement of antennas can be arbitrary in the MIMO system, with the advantage of relatively lower transmitting power in each antenna, while the carrier aggregation can improve rang resolution by aggregating a wide band. There exists ambiguity on rang-velocity coupling, especially in time-varying moving targets: the rang and velocity resolutions get low, and the sidelobes get high..When forming the beam for time-varying movement, the phase shifting of each antenna in MIMO antenna array should be acquired quickly and accurately. The Hopfield neural network based on negative random is applied to avoid local minimum and rapidly find the optimal antenna array phase vector matrix..In each fragment of frequency segment, we apply the linear frequency modulation (LFM) signals whose initial phase and amplitude are alternated randomly with the given variance. In this way, the quasi-orthogonality of different channels' signals can be ensured. We carry on the research on rang-velocity ambiguity, and analyze the corresponding sidelobes. Using this way, the resolution can be improved, the sidelobes can be reduced, moreover the disturbances can be suppressed..With the application in high frequency surface wave radar, we improve the performances of the radar system. Based on the data of MIMO system in multistatic radar and maneuvering radar, we compare the improved rang-velocity ambiguity with the unimproved one. Through the analysis of great amount long-term data of surface wave radar, we prove the validity of the analysis and the feasibility of our methods.

MIMO可灵活布置天线，减少发射功率；载波聚合形成大带宽可提高距离分辨率。在MIMO中使用载波聚合后存在距离和速度耦合模糊。时变运动时该模糊尤其严重：距离和速度分辨率下降，旁瓣干扰变强。时变运动需快速精确获取MIMO天线阵中各天线单元相位偏移，用于数字波束形成，以便模糊分析，本项目采用基于负随机的Hopfield神经网络来避免局部最小值，快速求出最优天线相移矢量矩阵；在载波聚合中的各频段碎片内采用相位幅度非均匀分布的线性调频信号，该信号的相位幅度在给定方差范围内随机变化，在MIMO各通道之间实现准正交，获得最佳时变运动的距离和速度模糊图，从而提高分辨率、压低旁瓣、减少干扰。以高频地波雷达为应用对象，进行系统改进，通过多站雷达和机动雷达获得大量基于MIMO的实测数据，比较改进前后距离和速度模糊图。通过长期大量的地波雷达实测数据分析，对距离与速度模糊分析的正确性和所提方法的可行性进行有效验证。

低干扰大带宽是应用需求。可用频率资源匮乏。本项目依碎片可用频段的频率进行跳变。对零星碎片进行“拼接”处理，得到大带宽。.项目提出了用零散频段拼接成分段线性调频信号。此时会因载波起始频率不同而出现相位跳变，继而导致模糊函数的距离分辨率降低。在多天线系统中也会因匹配滤波过程中无法同步而产生较大的互相关峰值。为节约频率资源，尽可能减少了载频间隔，同时降低了互相关峰的影响。面对宽带技术带来的庞大数据量，提出了一种新的采样方法，可用少数据，准确地恢复出原信号。具体如下：.针对线性调频回波信号相位跳变问题，提出了类Frank序列调制发射波形相位的方法，可以在接收端恢复出的基带信号中抵消由于多载频引起的相位跳变，成功地消除了由起始频率跳变所引起的回波相位不连续，达到了改善非连续谱下的模糊函数性能的目的。.对于载频间隔较小时互相关峰值较大的问题，提出了以LFM-类Frank复合波形作为MIMO系统的发射信号，并推导了它的匹配滤波输出。该方法可以在较小载频间隔条件下得到良好的匹配滤波输出，从而减少系统占用的带宽，提高频谱资源利用率。.提出了一种针对非连续谱线性调频信号的稀疏表示方法。在进行信号重构时，该方法可以直接获得目标的距离及速度信息，而无需再计算信号的模糊函数。该方法的运用在减少数据量的同时降低了距离、速度模糊。.还对不同实际测量的MIMO系统数据通过进行了处理，并且通过对这些结果的分析说明了天线极化隔离度、多径条件和波形自身特性对模糊函数的影响。.接下来还可：优化LFM-类Frank复合波形，使其能够独立于辅助测距系统而自适应地调整发射波形的参数。通过不同的观测方式和重构算法对项目提出的稀疏表示算法进行进一步验证。利用交叉极化天线，对线性调频信号、非连续谱线性调频信号及MIMO系统下的线性调频信号进行多次特定应用领域内的实际测量，以验证本项目所提理论算法的实用性。