電子科技大學 格拉斯哥學院 2017級 趙煥森
1.基本原理
與發射相干訊號的傳統相控陣雷達不同，MIMO 雷達系統使用多個陣元的天線發
射相互正交的多路訊號，並使用多個陣元的天線接收目標的後向散射訊號，其基本原
理如下圖2.1 所示。MIMO 雷達的發射端由多個陣元組成，通過控制每個發射元件，
使各個陣元之間發射相互正交的波形。由於各個陣元之間發射的訊號波形相互正交，
從而使各個發射訊號無法在空間進行疊加，結果導致在空間只能形成低增益的寬波束。
而在接收端，我們可以通過利用數字波束形成技術同時形成多個高增益的窄波束，並
且可以通過靈活地控制權值，使高增益的接收窄波束指向感興趣的角度方位。

2.訊號模型
考慮到窄帶陣列訊號在空間傳播時，其對於各陣元的傳播延遲只引起各陣元相位
的明顯變化，而不會引起各陣元復包絡的顯著變化。另外目標滿足遠場條件時，各個
陣元到達目標的傳播波近乎平行，而由目標反射到個接收陣元的回波也近乎平行波。
故假設本文中所討論的目標滿都足遠場條件，且陣列訊號都為窄帶訊號。

3.總結
作為目前雷達領域中的研究熱點，MIMO 雷達和傳統的相控陣雷達相比擁有諸多
的優勢：抗截獲能力明顯增強；對微弱小目標的檢測能力大大提高；降低對前端硬體
系統性能的要求。由於MIMO 發射波形正交，在空間無法形成高增益的窄波束，發
射能量覆蓋整個空域，在接收端各個陣元經過匹配濾波後可以進行等效的發射波束形
成。正是由於這一原因，MIMO 雷達可以真正實現同時多波束形成，在整個空域搜尋
目標，增大了空域的探測範圍；並且脈衝綜合處理時匹配濾波和發射波束形成的結合，
這就使得脈衝綜合處理後的信噪比得到了進一步的提升；這也是MIMO 雷達訊號處
理有別於其他常規陣列雷達訊號處理的關鍵所在。本文正是基於這一關鍵點，對
MIMO 雷達訊號處理方法展開研究，並結合具體工程專案給出了MIMO 雷達關鍵技
術的FPGA 實現。
本文主要包括以下內容：
（1）介紹了MIMO 雷達的基本原理及其訊號模型，並分析了MIMO 雷達發射
能量分佈圖的特點。
（2）回顧了數字波束形成和脈衝壓縮的基本原理，接著引出了MIMO 雷達訊號
處理的有關方法。首先，詳細論述了數字波束形成的基本原理，並分析了陣元間距、
陣元個數、權向量加窗對波束形成的影響。其次，介紹了脈衝壓縮的基本原理，並比
較了時域脈衝壓縮和頻域脈衝壓縮的特點，接著給出了模擬例項。然後，基於對上面
兩種演算法的討論，引出了MIMO 雷達訊號處理的方法，詳細比較了波束形成與脈衝
壓縮處理的先後不同所帶來的運算、儲存量，根據分析討論引出了先做接收波束形成
後脈衝綜合的MIMO 雷達訊號處理方法，該方法運算量最小，更便於實際的工程實
現，並給出了模擬例項。最後，介紹了通道相位誤差對MIMO 雷達訊號處理產生的
不利影響，說明了進行收發通道相位誤差校正的必要性，並給出了收發通道校正的方
法。

引用

MIMO 雷達關鍵技術及其FPGA 實現 作者姓名：榮盛磊