【最新成果】频控阵MIMO雷达空距频聚焦信号处理方法

复杂背景下低可观测动目标探测技术是制约雷达探测性能关键技术之一，也是世界性难题，迫切需要研究新的雷达体制和雷达技术以适应复杂环境和目标带来的挑战。对于“微弱目标”和“低可观测目标”以及复杂、动态的背景环境，雷达还需要进一步拓展观测空间的维度，以提供更多的信号处理自由度。

近年来，频率分集阵列（FDA）雷达（中文译为频控阵）引起了国内外学者的广泛关注。由于频控阵的距离-角度相关性，很难被直接用做接收阵列。所以，频控阵一般采用连续波频控阵或与MIMO雷达相结合来实现波束形成和接收信号处理。频控阵MIMO雷达结合了相控阵和MIMO雷达的特点，能够对目标的距离和方位角进行二维联合估计（图1），有利于区分杂波背景和动目标，在杂波抑制、运动目标检测、参数估计以及射频隐身等方面具有较大的应用潜力。然而，频控阵MIMO雷达信号处理和目标检测方面的研究多针对静止目标，对于运动目标，其多普勒出现时变特性，如何充分利用频控阵MIMO雷达的空间、时间和频率资源，实现空间（方位)-距离(快时间)-频率(慢时间）聚焦处理，提高雷达运动目标探测能力，亟需深入研究。

图1 频控阵MIMO雷达距离-方位联合估计

在国家自然科学基金面上项目（61871391）的资助下，海军航空大学陈小龙副教授等提出了基于空距频聚焦（SRDF）的频控阵MIMO雷达信号新方法（图2），充分利用频控阵MIMO雷达提供的发射波形自由度、阵元位置自由度、波束方位与距离相关性以及长驻留时间的特点，即在空间（角度）、距离和频率（多普勒）的灵活自由度和能量集性，实现空-距-频聚焦和联合参数估计，为频控阵雷达在复杂背景下的动目标探测提供了有效途径。

 图2 频控阵MIMO雷达空-距-频聚焦信号处理流程架构

目前，该工作已发表在《雷达学报》2018年第2期“频率分集阵列雷达”专题“频控阵MIMO雷达空距频聚焦信号处理方法”（陈小龙，陈宝欣，黄勇，薛永华，关键）。

 图3 噪声背景下匀速运动目标的频控阵MIMO雷达空间谱（SNR=0dB）

 图4 杂波背景下匀速运动目标FDA-MIMO雷达空间谱（SCR=0dB）

图5 噪声背景下匀加速运动目标的频控阵MIMO雷达空间谱（SNR=0dB）

 图6 杂波背景下匀加速运动目标的频控阵MIMO雷达空间谱（SCR=0dB）

该文结合目前国内外频控阵MIMO雷达信号处理领域的研究进展，重点从理论和应用两个层面进行了归纳总结，从MIMO雷达信号处理与挑战入手，系统回顾了近几年频控阵雷达国内外发展现状、频控阵MIMO雷达阵列结构设计及波束形成以及距离和角度的联合估计等技术，然后基于频控阵MIMO雷达在空间-距离-频率域的信号模型，提出了基于空距频聚焦的频控阵MIMO雷达信号处理方法，并给出了噪声和杂波背景下针对匀速和匀加速运动目标的仿真结果（图3-图6）。

此外，课题组在该领域的其它研究成果如下：

[1] Xiaolong Chen, Baoxin Chen, et al.. Space-range-Doppler focus-based low-observable moving target detection using frequency diverse array MIMO radar. IEEE Access, 2018, 6: 43892-43904. 

[2] Baoxin Chen, Xiaolong Chen, et al.. Transmit beampattern synthesis for FDA radar[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2018, 17(1): 98-101.

[3] Baoxin Chen , Yong Huang, Xiaolong Chen ,et al.. Multiple-Frequency CW Radar and the Array Structure for Uncoupled Angle-Range Indication[J]. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2018, 17(12): 2203-2207.

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