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走進(jìn)“MIMO雷達(dá)”,帶你了解其背后的原理

儀表科普 2019年11月26日 10:27:07來(lái)源:科普中國(guó) 18846
摘要雷達(dá)是利用無(wú)線電作為探測(cè)手段的傳感設(shè)備,其已有一百多年的發(fā)展歷史。著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展以及相應(yīng)的硬件水平不斷提升,當(dāng)前雷達(dá)系統(tǒng)已應(yīng)用普及到諸多領(lǐng)域。

  【儀表網(wǎng) 儀表科普】雷達(dá)是利用無(wú)線電作為探測(cè)手段的傳感設(shè)備,其已有一百多年的發(fā)展歷史。雷達(dá)發(fā)射電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波,由此獲得目標(biāo)至電磁波發(fā)射點(diǎn)的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的飛速發(fā)展以及相應(yīng)的硬件水平不斷提升,當(dāng)前雷達(dá)系統(tǒng)已應(yīng)用普及到諸多領(lǐng)域,如汽車輔助駕駛、遙測(cè)遙感、地質(zhì)勘探、大氣探測(cè)等。

 
  然而,隨著電磁環(huán)境逐漸復(fù)雜,各種干擾技術(shù)層出不窮,具有靈活對(duì)抗干擾能力、更強(qiáng)的目標(biāo)檢測(cè)性能、適應(yīng)多變環(huán)境的新體制雷達(dá)成為各大應(yīng)用領(lǐng)域的迫切需求。多輸入多輸出(Multiple-input Multiple-output)雷達(dá)就是把無(wú)線通信系統(tǒng)中的多個(gè)輸入和多個(gè)輸出技術(shù)引入到雷達(dá)領(lǐng)域,并和數(shù)字陣列技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新體制雷達(dá),簡(jiǎn)稱“MIMO雷達(dá)”。
 
  2003年,美國(guó)林肯實(shí)驗(yàn)室的Bliss和Forsythe提出MIMO雷達(dá)的概念,其是指同時(shí)發(fā)射多種雷達(dá)信號(hào)波形,一般采用的是多個(gè)天線同時(shí)發(fā)射不同的波形,“Multiple-output”是指多個(gè)天線同時(shí)接收回波信號(hào),并通過(guò)多路接收機(jī)輸出以獲得多通道空間采樣信號(hào)。根據(jù)發(fā)射和接收天線中各單元的間距大小,可以將MIMO雷達(dá)分為分布式MIMO雷達(dá)和集中式MIMO雷達(dá)兩類。分布式MIMO雷達(dá)中收發(fā)天線各單元分布式布局,帶來(lái)對(duì)目標(biāo)的多角度探測(cè)視野, 提高雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)性能;集中式MIMO雷達(dá)的收發(fā)天線各單元相距較近,,各個(gè)天線單元對(duì)目標(biāo)的視角近似相同,但是每個(gè)陣元可以發(fā)射不同的信號(hào)波形, 從而獲得波形分集,通過(guò)不同波形的特征來(lái)集中分析目標(biāo)特性。這就帶來(lái)許多優(yōu)良特點(diǎn),如改善系統(tǒng)的能量利用率、提高測(cè)角精度、提高雜波抑制能力及低截獲能力。
 
  MIMO雷達(dá)改良了傳統(tǒng)雷達(dá)的相關(guān)缺陷,具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景。早期的掃描雷達(dá)只發(fā)射一種頻率的信號(hào)波形,配合單一的接收機(jī)接收,可以看做單輸入單輸出雷達(dá);單脈沖雷達(dá)只發(fā)射一種信號(hào)波形, 一般有兩路(和波束與差波束或者左波束和右波束)接收機(jī)輸出,,其屬于單輸入雙輸出雷達(dá)。MIMO雷達(dá)綜合了上述雷達(dá)的優(yōu)缺點(diǎn),在輸入輸出端都采用了多路收發(fā)技術(shù),具有極大的應(yīng)用潛力。

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