正交MIMO雷达抗干扰性能分析

李锐洋 谭龙飞

摘 要 集中式MIMO雷达采用多个收发天线，通过发射正交波形实现波形分集，形成的虚拟阵列极大拓展了雷达的有效孔径，有效减小了雷达波束宽度，使得雷达在空间搜索、目标检测及参数估计等方面具有明显优势。本文先介绍MIMO雷达的虚拟阵列特性，在此基础上对比分析了采用旁瓣对消方法时，相控阵及MIMO两种体制雷达的抗干扰性能。

关键词 MIMO雷达;抗干扰;旁瓣对消

引言

近年来，随着多输入多输出技术（MIMO）的迅速发展，将该技术应用于雷达领域的研究也愈发广泛[1]。MIMO雷达可分为分布式[2]和集中式两种，分布式MIMO雷达利用收发阵列空间分置，使得收发处理间独立，实现空间分集;集中式MIMO雷达可以看作是相控阵雷达的变形，通过发射相互正交的信号，使得信号在空间中无法融合，从而实现波形分集。本文的讨论对象为集中式MIMO雷达，其信号形式及系统构成灵活且易拓展。

1MIMO雷达虚拟阵列

在实际工作中，MIMO雷达在发射端将天线分为多个子阵，通过对宽带数字收发单元的控制，子阵间发射M个相互正交的信号，在空间无法同相位叠加合成高增益的窄波束，而是形成低增益的宽波束。在接收时，MIMO雷达采用延迟线或DBF技术在空间形成N个接收波束，覆盖发射宽波束的空域范围，通过匹配滤波恢复出每个发射信号的回波，最终对这MN个信号进行发射、接收波束形成等处理，就可获得远大于原始孔径的虚拟孔径[3]，这种阵列称为奈奎斯特虚拟阵列。

利用这种收发波束分别处理空域信息的方法，MIMO雷达获得了相比于传统相控阵雷达更大的空域自由度。下面针对这一特性，对比分析相控阵雷达及MIMO雷达的抗干扰性能。

2MIMO雷达抗干扰性能讨论

基于旁瓣对消理论而衍生的一系列抗干扰方法在雷达信号处理中是较为常用的[4]，通过这种方法可以在雷达接收方向图中的干扰方向形成零陷，从而抑制该方向的干扰信号。

环境中针对雷达的干扰主要包括压制干扰、转发欺骗干扰等形式。常见的压制性干扰信号包括噪声调频信号和噪声调幅信号等，转发欺骗干扰的种类较多，但都是基于侦收到的雷达信号进行变形并转发后形成。

对于压制干扰，由于干扰信号与雷达的发射信号无关，MIMO雷达无法在接收端通过匹配滤波分离干扰信号，等效发射波束形成就无法进行，即MIMO雷达对压制干扰不能形成虚拟孔径，那么对于相控阵与MIMO雷达来说都只能通过N个阵元的接收阵列来进行干扰抑制，因此两种模式抗干扰性能相同，均由接收阵决定。

对于进入接收波束主瓣的转发欺骗干扰，不论是相控阵或MIMO雷达都没有很好的干扰抑制方法，强行抑制的结果会导致主瓣增益下降及波束展宽，这对于接收信噪比、测角等性能都有极大影响，所以本文主要考虑旁瓣转发干扰。由于干扰是针对接收阵列信号进行的，下面分两种情况进行讨论。

第一种，相控阵雷达与MIMO雷达接收阵列均为紧凑阵，即N阵元、半波长的接收阵列。由于转发干扰与发射信号具有相关性，MIMO雷达通过匹配滤波可以分离干扰信号，这就等效于一个MN阵元的虚拟阵来接收干扰信号，相应地MIMO雷达的等效主瓣宽度将远小于相控阵雷达。假设存在某一朝向雷达接收主波束的转发干扰信号，对相控阵来说该干扰位于波束主瓣，若产生零陷必然会使主瓣产生畸变;而对MIMO雷达来说同样的干扰在虚拟阵列中很可能位于旁瓣上，采用自適应旁瓣对消方法产生的零陷并不会影响到主瓣。因此这种情况下，MIMO雷达抗转发干扰的性能优于相控阵。

第二种，雷达采用稀疏阵列接收，即阵元间距远大于半波长。对于MIMO雷达，根据波束形成原理，由于雷达接收阵列的阵元间距更大，接收方向图会出现接收栅瓣。由于全向发射特性，干扰机容易收到雷达信号，转发后从副瓣进入的干扰可用常规方法进行抑制，而从栅瓣进入的转发干扰由于幅度较大，必须通过收发联合波束形成，使得从实际接收阵列栅瓣进入的干扰变为从虚拟阵列的旁瓣进入，再采用常规基于旁瓣对消的方法进行抑制。而对于相控阵雷达，虽然接收阵列存在栅瓣，但接收方向图的栅瓣方向通常为发射方向图的零点方向，干扰机难以收到雷达信号，因此通常不存在转发干扰。

3结束语

通过发射正交信号MIMO雷达可在接收端分离各信号，从而提升空间自由度、获得远大于物理孔径的虚拟孔径。基于这一特性本文分析了相控阵雷达与MIMO雷达在采用旁瓣对消方法抗干扰时的性能优劣。对于压制干扰，相控阵与MIMO雷达具有同样的接收阵列，抗干扰的性能相当;接收阵紧凑布置时，MIMO雷达的抗转发干扰性能优于相控阵雷达;接收阵稀疏布置时，相控阵雷达由于不需要抑制栅瓣方向的转发干扰，而MIMO雷达需要抑制，抗干扰性能较好。

参考文献

[1] 何子述，韩春林，刘波. MIMO雷达概念及其技术特点分析[J]. 电子学报，2005，33（12）：2441-2445.

[2] 李建，斯托伊卡. MIMO雷达信号处理[M].北京：国防工业出版社，2013：152-153.

[3] 郑志东，张剑云. MIMO雷达波束方向图及其旁瓣抑制方法[J]. 系统工程与电子技术，2010，32（2）：287-290.

[4] 韩昭，王强，唐立科. 对相控阵雷达自适应旁瓣对消的多点源压制干扰[J]. 航天电子对抗，2017，33（2）：17-21.

作者简介

李锐洋（1988-），男，陕西西安人;毕业院校：电子科技大学，专业：信号与信息处理，学历：博士研究生，现就职单位：中国电子科技集团公司第二十九研究所，研究方向：雷达信号处理。