面向小型无人机的OFDM-MIMO雷达信号设计和处理方法

作     者：胡念平 田旋旋 HU Nianping;TIAN Xuanxuan

作者机构：陆军特种作战学院指挥系广西桂林541002 广州航海学院信息与通信工程学院广东广州510725 

出 版 物：《信号处理》 (Journal of Signal Processing)

年 卷 期：2024年第40卷第5期

页      面：878-886页

核心收录：

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

基　　金：广东省基础与应用基础研究基金(2023A1515011272)。 

主　　题：多输入多输出雷达 正交频分复用 小型无人机 三维高分辨成像 非线性步进方案 

摘      要：随着空域的逐渐开放,以小型无人机为代表的低慢小目标,其有效检测对维护安全非常重要。然而,低慢小目标具有飞行高度低、飞行速度慢及雷达散射截面积(Radar Cross Section,RCS)小的特点,加之电磁环境复杂多变,使其难以被传统低分辨雷达发现。为了提升雷达的低截获性能和成像分辨率,本文提出了一种基于步进正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)的多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达信号设计和处理方法。该方法是将窄带OFDM信号与非线性步进方案相结合,通过非线性步进方案控制MIMO发射信号的载频,获得发射端正交波形和大射频带宽,使得雷达接收机的天线孔径获得明显扩展,从而提升雷达的低截获性能和角度分辨率,同时实现低采样速率下的高距离分辨率。在雷达接收端,利用发射波形之间的正交性分离各通道回波,然后基于改进离散傅里叶变换(Discrete FourierTransform,DFT)和解码的处理方法,校正了非线性步进方案产生的相位误差,生成目标的三维高分辨成像。本文在77 GHz载频下设计仿真,验证所提方法的有效性。仿真结果表明,所提方法相比现有方法,在低信噪比下具有较高的三维成像分辨率,而且没有明显增加信号处理的复杂度。然而,该方法减小了最大无模糊速度。此外,本文讨论了步长数对雷达性能的影响,仿真结果表明,随着步长数的增加,最大无模糊速度减小,角度分辨率提升,为实际应用场景下步进OFDM-MIMO雷达的信号设计提供理论指导。