电子科技大学 格拉斯哥学院 2017级 赵焕森
1.基本原理
与发射相干信号的传统相控阵雷达不同，MIMO 雷达系统使用多个阵元的天线发
射相互正交的多路信号，并使用多个阵元的天线接收目标的后向散射信号，其基本原
理如下图2.1 所示。MIMO 雷达的发射端由多个阵元组成，通过控制每个发射组件，
使各个阵元之间发射相互正交的波形。由于各个阵元之间发射的信号波形相互正交，
从而使各个发射信号无法在空间进行叠加，结果导致在空间只能形成低增益的宽波束。
而在接收端，我们可以通过利用数字波束形成技术同时形成多个高增益的窄波束，并
且可以通过灵活地控制权值，使高增益的接收窄波束指向感兴趣的角度方位。
2.信号模型
考虑到窄带阵列信号在空间传播时，其对于各阵元的传播延迟只引起各阵元相位
的明显变化，而不会引起各阵元复包络的显著变化。另外目标满足远场条件时，各个
阵元到达目标的传播波近乎平行，而由目标反射到个接收阵元的回波也近乎平行波。
故假设本文中所讨论的目标满都足远场条件，且阵列信号都为窄带信号。
3.总结
作为目前雷达领域中的研究热点，MIMO 雷达和传统的相控阵雷达相比拥有诸多
的优势：抗截获能力明显增强；对微弱小目标的检测能力大大提高；降低对前端硬件
系统性能的要求。由于MIMO 发射波形正交，在空间无法形成高增益的窄波束，发
射能量覆盖整个空域，在接收端各个阵元经过匹配滤波后可以进行等效的发射波束形
成。正是由于这一原因，MIMO 雷达可以真正实现同时多波束形成，在整个空域搜索
目标，增大了空域的探测范围；并且脉冲综合处理时匹配滤波和发射波束形成的结合，
这就使得脉冲综合处理后的信噪比得到了进一步的提升；这也是MIMO 雷达信号处
理有别于其他常规阵列雷达信号处理的关键所在。本文正是基于这一关键点，对
MIMO 雷达信号处理方法展开研究，并结合具体工程项目给出了MIMO 雷达关键技
术的FPGA 实现。
本文主要包括以下内容：
（1）介绍了MIMO 雷达的基本原理及其信号模型，并分析了MIMO 雷达发射
能量分布图的特点。
（2）回顾了数字波束形成和脉冲压缩的基本原理，接着引出了MIMO 雷达信号
处理的有关方法。首先，详细论述了数字波束形成的基本原理，并分析了阵元间距、
阵元个数、权矢量加窗对波束形成的影响。其次，介绍了脉冲压缩的基本原理，并比
较了时域脉冲压缩和频域脉冲压缩的特点，接着给出了仿真实例。然后，基于对上面
两种算法的讨论，引出了MIMO 雷达信号处理的方法，详细比较了波束形成与脉冲
压缩处理的先后不同所带来的运算、存储量，根据分析讨论引出了先做接收波束形成
后脉冲综合的MIMO 雷达信号处理方法，该方法运算量最小，更便于实际的工程实
现，并给出了仿真实例。最后，介绍了通道相位误差对MIMO 雷达信号处理产生的
不利影响，说明了进行收发通道相位误差校正的必要性，并给出了收发通道校正的方
法。
引用
MIMO 雷达关键技术及其FPGA 实现 作者姓名：荣盛磊