一．背景介紹

在大一下學期我參加了格拉斯哥學院所開展的一系列新生研討課活動，其中最讓我感興趣的便是MIMO雷達。我想，這樣一種新興的雷達技術應該可以被推廣和應用在城市的安保系統中。

自 1904 年 Christian Hulsmeyer 研製出原始的船用防撞雷達以來，雷達(radar)的發展已有一百多年的歷史,而真正的現代雷達是最近 50 年才發展起來的 .今天它已經發展成為一項非常廣泛而實用的技術。雷達理論和雷達應用的發展相輔相成,互相促進.由於受到軟硬體水平的限制，雷達理論研究通常領先於雷達系統的應用，MIMO 雷達也不例外。現階段對 MIMO 雷達的研究主要處於理論研究階段，但眾多的國內外研究者被其潛力所吸引，並對其廣泛實用化充滿信心和期待。

MIMO 雷達是在 MIMO 理論、空時編碼理論應用於通訊系統並取得了重大突破的啟示下被提出的。一經提出立即引起了全世界範圍內有關學者和研究機構 的高度關注。近年來，在國際會議和期刊上湧現出大量研究成果，對 MIMO 雷達的前景進行了探討，擁有眾多堅定支持者同時也不乏激烈的質疑聲。從辯證觀點看來，MIMO 雷達的研究與發展過程無不體現了螺旋式上升的結果：一方面是其特有潛力的開發和應用，一方面是其工程上實現的難度。

早在 1974 年 Mehra 就將多輸入多輸出的概念應用於控制系統中來增強引數估計的效能。而後在 20 世紀 90 年代早期 MIMO思想進入通訊系統領域並獲得了飛速發展和廣泛的應用。鑑於 MIMO 理論在通訊領域的巨大成功，MIMO 雷達理論也由 E.Fishler

MIMO 雷達是利用多個發射天線同步地發射分集的波形，同時使用多個接收天線接收回波訊號，並集中處理的一種新型雷達體制。在克服通道衰落、提高解析度和抑制干擾等方面具有巨大的潛力。將MIMO 理論應用於雷達系統，能顯著提高系統的目標檢測、跟蹤、識別和引數估計等效能。分集增益是 MIMO 雷達具有這些潛能的根源：傳統單基地雷達對目標的探測所獲得資訊較為單一，而 MIMO 雷達能獲得多維目標資訊，通過多維資訊的聯合處理可以獲得目標更多、更本質的特徵。MIMO 雷達為空間分集、波形分集、結構分集和極化分集等分集技術的使用提供了平臺。同時不難看出 MIMO 雷達在效能上的優勢通常以增加系統複雜性為代價，如何處理好效能與複雜性之間的關係是系統設計的難點。在MIMO 雷達的具體應用中，MIMO 雷達能夠在進行目標探測時藉助多個正交訊號獲得儘可能多的多路回波，並通過提升自身觀測通道數目，提高自身的整體效能。

二．具體問題

針對城市安保面臨的低、慢、小目標探測難的問題，結合多輸入，多輸出( Multiple-Input Multiple-output, MIMO)雷達的優勢，提出了一種基於MIMO雷達的城市安保防空系統。該系統的優勢在於利用 MIMO 雷達解決了小型飛行目標在強雜波干擾下的遠距離探測問題，為後續的跟蹤和打擊提供了充分的反應時間。

現有針對小型飛行目標的安保系統是集雷達、聲學、光電、電磁武器等手段於一體的系統, 該系統採用由遠及近的層次化防禦，雷達手段負責目標的中遠距離探測預警，光電手段負責近距離的目標指示，而電磁和武器手段負責目標的打擊。然而，上述小型飛行目標由於飛行速度慢，飛行高度低，體積小並且所處環境複雜（建築物林立，電磁環境、氣象環境、交通環境複雜），給現有安保系統帶來了嚴峻的挑戰，具體表現為：

1）雷達探測難。目標所處城市背景越來越複雜，目標的速度越來越低，目標飛行的高速越來越低，且目標使用材料具有波透特性。因此，目標的雷達截面積很小，容易被強地物雜波和強噪聲所淹沒，導致雷達回波訊號的信雜比或信噪比低，影響雷達的檢測效能。

2 )聲學探測難。小型飛行目標的噪聲主要是由發動機和飛行過程中產生的空氣擾動噪聲，這些噪聲與周圍環境噪聲相比非常小，這就使得聲學探測失效；

3 )光電探測難。小型飛行目標動力系統由千體積小、效率高，其紅外輻射特徵低，使得紅外探測手段較難發現。並且這些目標使用 的材料具有吸波、透射、導光等特性，可減小鐳射反射，給鐳射探測帶來極大的困難。此外，光學成像手段需要明確的目標指示，如果沒有目指資訊，光學成像手段需要較長的時間進行目標的搜尋，這就大大縮短了後續打擊系統的反應時間（總時間一定）。

針對上述問題，我參考文獻，羅列出了一種現成化的，非我本人創造和想象只是借鑑的，結合 MIMO 雷達在弱小目標探測的優勢，基於MIMO 雷達的城市安保防空系統。該系統的優勢在於利用 MIMO 雷達解決了小型飛行目標在強雜波干擾下的遠距離探測問題，為後續的跟蹤和打擊提供了充分的反應時間。

三．基於 MIMO 雷達的城市反無人機系統

MIMO旨在發射端通過發射相互正交訊號在空間中形成個域覆蓋的波束（圖中深色圖形），這就可以對目標標進行長時間照射。在接收端利用同時多波束技術同時形成投蓋全域空間的窄波束（圖中淺色圖形）。由於 MIMO 雷達可以提供目標的長時間觀測資料，那麼利用長時間積累技術可以實現目標地址的有效積 累，而目還可以有效抑制雜波，因為雜波在長觀測時間內的相關性逐漸減弱，因此可以實現小型飛行器目標的有效 探測，進而為後續跟蹤和打擊提供充分的反應時間。

如上圖所示的城市安保防空系統採用自下而上的設計結構，最低層為運載平臺，巾下而上依次為MIMO、陣列雷達、光電裝置和武器系統、電磁裝置。

MIMO 陣列雷達負責小型飛行器的中遠距離探測預警並給光電裝置提供目標指示資訊；光電裝置負責目標的精確跟蹤並配合武器系統對目標進行打擊；  電磁裝置負責對小型飛行器．特別是無人機進行電磁遮蔽擾亂目標的飛行。

四．結語

本文針對城市安保面臨的低、慢、小目標探測難的問題，結合 MIMO 雷達 探測低慢小目標的優勢，提出了一種基於 MIMO 雷達的城市安保防空系統。該系統的優勢在於利用 MIMO 雷達解決了小型飛行目標在強雜波干擾下的遠距離探測問題，為後續的跟蹤和打擊環節提供充分的反應時間，進而開展有效的打擊。