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第1章 绪论 1

1.1 雷达面临的主要挑战 1

1.1.1 雷达目标探测面临的挑战 1

1.1.2 雷达生存环境 2

1.2 MIMO概念和MIMO通信 3

1.3 共址MIMO雷达 5

1.4 分置MIMO雷达 6

1.5 目标散射系数的相关性 7

参考文献 9

第2章 共址MIMO雷达原理 11

2.1 相控阵雷达原理 11

2.1.1 阵列天线模型 11

2.1.2 相控阵雷达的一般结构 14

2.1.3 数字阵列雷达 16

2.2 共址正交波形MIMO雷达 17

2.2.1 MIMO雷达收发信号模型 17

2.2.2 匹配滤波与等效发射波束形成 19

2.2.3 接收信噪比分析 23

2.2.4 MIMO雷达主要性能讨论 26

2.3 子阵级正交波形MIMO雷达 28

2.3.1 全数字化子阵级MIMO雷达 28

2.3.2 基于子阵级数字化的MIMO雷达 33

2.4 稀疏阵列MIMO雷达与虚拟阵列孔径 36

2.4.1 稀疏发射阵MIMO雷达 37

2.4.2 稀疏接收阵MIMO雷达 39

2.4.3 非均匀稀疏阵MIMO雷达及布阵优化算法 42

2.5 信号部分相关性MIMO雷达方向图 46

2.5.1 信号相关性与发射方向图 46

2.5.2 基于期望方向图的相关矩阵优化求解 47

2.5.3 相关矩阵的傅里叶级数表示 49

2.5.4 由相关矩阵求解发射波形 51

2.5.5 由方向图直接求解发射波形 53

2.6 本章小结 58

参考文献 58

第3章 MIMO雷达的角度测量 60

3.1 传统雷达的角度测量技术 60

3.1.1 单脉冲测角的基本原理 60

3.1.2 单脉冲技术在阵列中的拓展运用 63

3.1.3 接收阵列中的超分辨角度测量技术 66

3.2 单基地MIMO雷达中角度测量 67

3.2.1 单基地MIMO雷达信号模型 68

3.2.2 单基地MIMO雷达中的比幅单脉冲测角 73

3.2.3 单基地MIMO雷达中的比相单脉冲测角 79

3.2.4 单基地MIMO雷达中的超分辨角度估计 84

3.3 双基地MIMO雷达中的收发角度测量 90

3.3.1 双基地MIMO雷达信号模型 91

3.3.2 基于MSWF的角度估计 92

3.3.3 发射阵列视线角估计 101

3.3.4 结合目标跟踪过程的谱峰搜索方法 105

3.4 MIMO雷达发射阵列的幅度相位校正 108

3.4.1 非理想因素及其对角度测量的影响 109

3.4.2 信号非正交情况下的角度测量 111

3.4.3 阵列误差的联合校正 113

3.5 本章小结 119

参考文献 120

第4章 MIMO雷达中的正交波形设计 123

4.1 正交波形定义及主要分类 123

4.1.1 频分类正交信号 124

4.1.2 编码类正交信号 125

4.1.3 编码-调频混合信号 125

4.2 编码信号设计的基本思路 126

4.2.1 编码设计目标函数选择 127

4.2.2 基于遗传算法的多相码设计 129

4.2.3 序列二次规划编码信号设计 132

4.2.4 其他类型的优化算法 137

4.3 基于严格正交约束的编码信号设计 142

4.3.1 Walsh函数与Walsh矩阵 143

4.3.2 严格正交约束正交编码设计理论基础 143

4.3.3 基于Walsh矩阵约束的二相编码设计 145

4.4 基于Walsh矩阵约束的超长编码信号设计 145

4.4.1 基于Kronecker积的Walsh矩阵生成特性 146

4.4.2 基于遗传算法的超长编码组设计 147

4.5 MIMO雷达中的旁瓣抑制技术 150

4.5.1 谱修正距离旁瓣控制基本思路 150

4.5.2 MIMO雷达中的频谱修正处理 151

4.5.3 谱修正旁瓣抑制效果 152

4.6 非线性调频信号在MIMO雷达中的运用 153

4.6.1 非线性调频信号设计思路 153

4.6.2 非线性调频信号设计与MIMO雷达中的运用 154

4.7 基于认知的MIMO雷达波形设计 156

4.7.1 认知雷达及其波形设计 156

4.7.2 认知波形设计基本原理 158

4.7.3 认知MIMO雷达及其波形设计 170

4.8 本章小结 172

参考文献 173

第5章 MIMO雷达的模糊函数及其特性 176

5.1 信号模型与处理架构 176

5.1.1 常规双基地雷达运动目标回波模型 176

5.1.2 MIMO雷达非零速点目标回波模型 177

5.1.3 MIMO雷达处理架构 177

5.1.4 MIMO雷达模糊函数定义 178

5.2 步进频分线性调频（SFDLFM）信号运用于均匀线性阵列 179

5.2.1 SFDLFM信号模型和模糊函数 179

5.2.2 多普勒-距离-角度耦合现象 180

5.2.3 旁瓣分类和分析 182

5.2.4 加窗情况下的匹配输出 186

5.2.5 随机初相情况下模糊函数特点 186

5.2.6 频谱高度重叠时的旁瓣特性 186

5.2.7 数值仿真结果 187

5.3 随机步进频信号的模糊函数 190

5.3.1 随机步进频信号运用于均匀线性阵列 190

5.3.2 频分调频信号运用于稀疏阵列 194

5.3.3 数值仿真结果 196

5.4 编码信号模糊函数的统计特性 198

5.4.1 编码序列相关旁瓣 198

5.4.2 正交编码信号模糊特性 200

5.5 双基地MIMO雷达不同工作阶段正交波形使用特点 200

5.5.1 利用多普勒-距离-角度耦合特性降低搜索处理复杂度 200

5.5.2 多种正交信号联用方案 202

5.6 本章小结 205

参考文献 205

第6章 空载MIMO雷达及STAP技术 207

6.1 空载共址MIMO雷达信号模型 207

6.2 空载MIMO雷达的杂波特性 209

6.2.1 空载MIMO雷达杂波模型 209

6.2.2 空载MIMO雷达的杂波谱 210

6.2.3 空载MIMO雷达的杂波秩 212

6.3 空载MIMO雷达STAP结构 217

6.3.1 STAP技术简述 217

6.3.2 STAP处理的一般结构 218

6.3.3 空载MIMO雷达STAP结构 219

6.4 空载MIMO雷达中的降秩STAP算法 221

6.4.1 主分量法 221

6.4.2 互谱法 223

6.4.3 多级维纳滤波 224

6.4.4 MIMO雷达降秩STAP算法仿真 227

6.5 空载MIMO雷达中的降维STAP算法 228

6.5.1 广义旁瓣对消与降维STAP算法 228

6.5.2 几种变换域降维STAP算法 230

6.5.3 MIMO雷达中的降维STAP算法 234

6.5.4 MIMO雷达降维STAP处理性能仿真 239

6.6 机载MIMO雷达应用方案及其处理性能 243

6.7 本章小结 246

参考文献 247

第7章 共址MIMO雷达中的长时间积累 249

7.1 雷达中的脉冲积累 249

7.2 长时间积累目标回波模型 250

7.3 经典的长时间积累方法 251

7.3.1 包络插值移位 252

7.3.2 Keystone变换 253

7.3.3 Radon傅里叶变换 255

7.3.4 解线性调频法 256

7.3.5 基于匹配傅里叶变换的方法 257

7.3.6 基于分数阶傅里叶变换的方法 258

7.3.7 基于Wigner-Hough变换的方法 259

7.3.8 其他方法 261

7.4 适用于SFDLFM-MIMO雷达的长时间积累方法 262

7.4.1 基于SFDLFM脉冲串的运动目标回波模型 262

7.4.2 利用距离-角度耦合特性实现包络移动补偿 263

7.4.3 包络移动补偿仿真 266

7.5 本章小结 267

参考文献 268

第8章 分置MIMO雷达中的目标检测 270

8.1 分置MIMO雷达三种形态 270

8.1.1 相参分置MIMO雷达 270

8.1.2 相位随机分置MIMO雷达 271

8.1.3 幅相随机分置MIMO雷达 272

8.2 相位随机的分置MIMO雷达检测器 272

8.2.1 检测器结构 272

8.2.2 检测器性能 275

8.2.3 仿真实验 279

8.3 幅相随机分置MIMO雷达检测器 280

8.3.1 检测器结构 280

8.3.2 检测器性能 281

8.3.3 仿真实验 285

8.4 分置MIMO雷达集中式动目标检测 286

8.4.1 动目标与杂波回波模型 286

8.4.2 集中式检测器 288

8.5 分置MIMO雷达分布式动目标检测 289

8.5.1 分布式检测器 289

8.5.2 性能分析与比较 290

8.6 分置MIMO雷达恒虚警动目标检测 293

8.6.1 恒虚警检测器 293

8.6.2 性能分析与讨论 293

8.7 本章小结 295

参考文献 295

第9章 分置MIMO雷达参数估计 297

9.1 基于相干处理的速度参数估计 297

9.1.1 信号模型 297

9.1.2 克拉美-罗界及最大似然估计 299

9.1.3 基于各向同性散射目标的速度估计 303

9.2 基于参数估计的天线优化布置 307

9.2.1 天线优化布置 307

9.2.2 奇异费歇尔信息矩阵 310

9.2.3 仿真实验 311

9.3 基于非相干处理的目标位置和速度联合估计 313

9.3.1 信号模型 314

9.3.2 最大似然估计 315

9.3.3 位置速度联合估计的克拉美-罗界 319

9.3.4 均方误差分析 322

9.4 非理想因素对估计性能的影响 327

9.4.1 反射系数部分相关的情况 329

9.4.2 非正交信号的情况 333

9.4.3 空间色噪声的情况 334

9.5 相干处理和非相干处理的性能与复杂度分析 335

9.5.1 信号模型 335

9.5.2 相干处理和非相干处理的均方误差比较 338

9.5.3 相干处理和非相干处理的克拉美-罗界 339

9.5.4 性能比较和实验结果 342

参考文献 348

第10章 MIMO雷达应用 351

10.1 双/多基地MIMO防空制导雷达 351

10.1.1 双基地MIMO雷达基本特点 352

10.1.2 双基地MIMO雷达的潜在优势 357

10.1.3 双基地MIMO雷达关键技术问题 362

10.2 基于MIMO技术的天波超视距雷达 370

10.2.1 MIMO-OTH雷达原理 371

10.2.2 MIMO-OTH雷达目标检测 386

10.3 分布式MIMO雷达组网 398

10.3.1 雷达组网现状和局限性 398

10.3.2 分布式MIMO雷达系统构成和潜在优势 402

10.3.3 分布式MIMO雷达组网体系中的关键技术 406

10.4 基于MIMO技术的雷达/通信一体化 411

10.4.1 一体化发展的现状和局限性 412

10.4.2 MIMO背景下雷达/通信一体化的特点和价值 415

10.4.3 MIMO雷达/通信一体化关键技术 417

参考文献 423

主要符号表 427

缩略语 429