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MIMO雷达:一个创新理念的时代已经到来 最近研究表明mimo天线系统相对单天线系统能够显著的提高通信系统的性能。波速成型假设天线阵列发射或接收信号之间是高相关的，而mimo概念则利用阵列元上信号之间的独立性。在传统的雷达中，目标闪烁被认为是降低雷达性能的有害参数。Mimo雷达的新颖点则相反，也就是说，它利用目标闪烁来改善雷达性能。在这篇文章中，我们介绍mimo雷达概念。我们所考虑的mimo雷达系统包含一组宽距离隔开的天线元阵列，这样每一个单元能够观察目标的不同方面。接收部分是一个传统的用于DF的阵列。系统的性能分析是基于目标探测的估计均方误差的克拉美罗界形式。结果表明，mimo雷达在DF精度方面有明显的性能改善。 Ⅰ 介绍 雷达探测运动目标或者主动声纳并不稀奇[1,2]，在雷达或主动声纳中，通过全向天线发射一已知波速然后目标朝向一组传感器阵列反射一部分能量，通过所反射的能量估计一些未知的参数，例如，方位，距离，速度。有两种用来估计未知参数的普遍方法，MUSIC 或ML[3]。另外，利用传感器阵列控制波速朝向一固定方向并且搜寻一些能量，本质上和装有定向天线的传统雷达一样。众所周知，利用波速成型技术接收阵列可以控制波速在空间朝向任何方向[4]。并不像高分辨技术，波速成型是基于机械的转换。 在接收单元利用一组紧密排列阵列的优点众所周知[5,4,3,6,7]。这些优点有：无需任何机械单元，可以利用信号处理技术改善性能，而且可以同时控制多波束。在这篇文章中我们考虑在发射和接收部分都采用mimo天线的雷达。 发射阵列已经以电控制阵列（ESA）的形式提出。利用ESA，除了采用电控制代替机械控制之外，发射天线相位改变形成并控制发射波束类似于定向天线。在介绍mimo雷达概念之前，一个关键的问题就是ESA能否或得处理增益。ESA实质上模仿定向天线的扫描操作。然而，正如我们接下来所要介绍，ESA相对于在传输端具有单个全向天线的系统并没有优势。最后，我们注意到，波达角的估计误差是接收总能量的函数。假设传输的总能量和传输天线无关，对于单天线情况，假设发射平均传输功率为P而波束传播持续时间为T秒，那么接收来自目标的能量为，这里的表示目标的RCS，现在，假设ESA产生一束带宽为的波束，由于带宽，发射机能够获得的增益。然而，由于发射机需要在T秒内扫描整个空间，他仅仅能够照射目标秒。总共接收的能量为.这证明雷达所接收的能量和ESA天线元无关。因此ESA相对于单天线传输雷达系统没有优势。在接下来的章节里，我们将比较新概念雷达和单天线系统雷达。 每一目标都以它的RCS函数为特点。一个目标的RCS代表从目标反射到接收机的能量，而这个能量是和发射与接收单元有关的函数。而这个函数随目标因素函数的改变而迅速变化[8]。实验测量和理论结果证明改变目标尺寸一毫弧度就能够引起反射能量10dB或更多的变化。这种RCS的变化是由于信号衰落引起的，这可能会使系统探测和估计性能很大程度上的降低。 受到最近通信方面发展的激发[10,9]，我们介绍mimo雷达的新概念。Mimo通信系统解决了衰落引起的问题[10,11]。由于发射单元是非相关的，不同的信号经历了独立衰落。在mimo通信系统中，接收机SNR基本上不变，然而在传统雷达中，发射机通过单径传输所有的能量，接收SNR变化很大。 我们所提出的mimo雷达同样具有mimo通信系统具有的优势。特别地，我们提出的系统克服了由于从非相关的发射单元发射不同的信号而引起的目标RCS变化。接收信号是独立的衰落信号的叠加，而且接收信号平均SNR基本不变。这和传统雷达截然相反，传统雷达基于Swerling模型，接收信号会有很大的变化。 读者应该注意到整个mimo雷达概念是新颖的，这篇文章的主要目的是介绍这样一个概念。还有，我们提出一个特殊的方案，这个方案中，我们提出的系统很好的改善了性能。为了描述清晰，在这篇文章中，对mimo雷达的处理重点放在方向探测上，而忽略距离和多普勒影响。在后续的工作中，我们重点阐述这些方面和其他和这个概念有关的方面。 文章剩下的部分这样安排:第二节介绍mimo雷达信号和信道模型，包括对多种mimo雷达系统的分类。第三节对mimo DF系统进行分析。分析的实质是根据和mimo雷达有关的克罗拉美界（CRB）和单天线系统的结果比较。这一节中还包括一个在接收机部分装有线性均匀天线阵列的特殊实例。并且提出了数值结果，最后，第四节得出结论。 Ⅱ mimo雷达信号模型 在这一节中，我们描述一个一般的mimo雷达信号模型。这个模型重点关注目标空间属性而忽略距离和多谱勒影响。信号模型将发射阵列，目标，接收阵列和接收信号分开。这样更好了解mimo雷达的原理。 MIMO雷达信号模型和信道模型和mimo通信信道模型相关并不奇怪[12]。这种信号模型