面向海上弱小目标探测的MIMO地波雷达新体制研究

The traditional high frequency ground-wave radar always faces the interference of strong sea clutter and ionospheric clutter, and its range resolution and azimuth resolution are poor. This greatly limits the detection ability of the weak marine targets. Aiming at this problem, the project intends to explore and develop a novel MIMO ground-wave radar system comprehensively and thoroughly. The basic design idea is that, the beamspace-based compact MIMO form is first used to obtain greater range and azimuth resolutions, then the subarray-based distributed MIMO form is utilized to realize the spatial radiation from multi-angles. This design will break through the limits of weak targets detection in traditional groud-wave radar systems. The main contents of the research include: 1) the design theories and methods of the quadrature phase-coded waveforms; 2) the research of the compact sparse array and the optimization of multiple transmitting and receiving subarrays; 3) the clutter-map CFAR in the beamspace-based compact MIMO radar; 4) the detection fusion in the subarray-based distributed MIMO radar. The research will greatly improve the detection ability of the marine weak targets from two aspects of system design and signal processing. The achievement will provide the theoretical guidances to the optimal design of new MIMO ground-wave radar systems, and offer a new solution for the upgrading and updating of the future ground-wave radar. It will also have important scientific significance on the improvement and strengthening of the marine surveillance network in our country.

传统高频地波雷达面临着强海杂波和电离层杂波干扰，同时距离和方位分辨性能较差，致使对海上弱小目标的探测能力受到限制。针对该问题，本项目拟系统深入地探索和发展一种新颖的MIMO地波雷达体制，其基本设计思路是：首先利用波束空间紧凑式MIMO获取较高的距离和方位分辨率，然后利用子阵级分布式MIMO实现多方位空间照射，以此突破传统地波雷达体制中弱小目标探测能力的限制。主要研究内容包括：1）正交相位编码波形设计理论和方法；2）紧凑式稀布阵列研究及多收发子阵优化；3）波束空间紧凑式MIMO中杂波图恒虚警检测；4）子阵级分布式MIMO中检测融合。项目研究将从体制设计和信号处理两个角度实现海上弱小目标探测能力的显著提升，成果将为MIMO地波雷达新系统的优化设计提供理论指导，为未来地波雷达的升级换代提供全新解决思路，对完善和加强我国海洋监测网络具有重要科学意义。

本项目旨在设计一种新颖的MIMO地波雷达体制，以解决海上弱小目标的探测能力受到限制的问题。鉴于海上弱小目标的探测能力主要受限于雷达系统的距离和方位分辨力，本项目的重要研究内容在于设计一种基于波束空间MIMO地波雷达体制及其工作方式。特点在于，采用特殊的编码波形，增大信号带宽；利用稀疏阵列的栅瓣特性，形成较窄的探测波束。较高的距离分辨率和较窄的空间波束构成了全空域覆盖的较小的雷达单元，从而减少被检测单元中的杂波能量，提升检测信杂噪比。称所设计的新体制为波束空间MIMO体制，其实现的是一种波束间的正交，相对于传统的阵元正交MIMO体制，可以提高距离和方位分辨率，引入空间增益，降低发射功率等。一方面，本项目提出的新体制为地波雷达中弱小目标探测这一难点问题提供了一种全新的有效的解决途径，即从雷达体制上解决问题。另一方面，所提雷达新体制是MIMO探测技术和传统地波超视距雷达系统的一种全新的有效的结合方式。相对于已有的MIMO地波或天波超视距雷达系统，显然，所提的基于波束正交的MIMO地波雷达新体制更为优越，在雷达分辨率、目标探测能力、系统实现等方面有着更大的优势，从而具备更为广泛的应用前景。第三方面，基于所提出的新雷达体制，本项目研究了其中具体实施过程中的一些设计技巧以及信号处理关键问题，这为该雷达体制的应用实施提供了重要的技术保障。第四方面，基于所提出的新雷达体制，本项目研究了其中的波形优化、阵列设计、波束形成、目标检测等问题，相应地提出了一些非常新颖的信号处理方法，这些信号处理方法丰富了MIMO超视距雷达的信号处理理论，对其他类似场合下的信号处理问题也可以提供借鉴。总之，项目的研究结果将为解决新系统部署过程中关键的信号处理问题提供有效的解决途径，将为波束空间MIMO地波雷达新系统的实现奠定理论基础。