MIMO阵列信号空时两维优化的生命探测设计

摘要： 针对常规生命探测方法所存在的测距分辨力不高、在杂波环境中难以检测到微弱生命信号、没有横向（方位）探测能力等缺陷，该文提出一种采用MIMO阵列信号空时两维优化的生命探测方法，结合不同发射波形的频率差，进行综合脉冲处理以获得高的距离分辨率，解决距离定位问题。同时通过收发“同时波束形成”，并且结合超分辨阵列信号处理方法来提高空间定位能力，并且通过自适应波束形成技术来提高系统抗干扰能力，以及通过长时间积累方法提高对目标速度分辨率。新方法具有距离、角度定位精度高，抗干扰能力强，同时具有精细的速度分辨潜力，在灾害环境下地杂波中对低频生命信号检测能力更强。

关键词：稀布阵雷达 ；生命探测；灾害

中图分类号：TP182 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）08-1843-03

1 概述

虽然对生命探测雷达来说，其生命的呼吸和心跳信号都是准周期信号，检测难度看似不大，但存在许多问题，如探测时定位精度差，在杂波环境中检测低频弱信号难等。因而需要研究如何把MIMO体制应用于生命探测雷达领域，提高系统的测量性能。在设计中综合考虑系统的工作频率、收发天线的孔径、重量、机动性能、供电等相关指标的优化设计。 如何利用阵列信号长时间积累处理能力，提高抗干扰能力以及对低频目标在杂波中的检测能力 是需要研究的内容。该系统具有抗干扰能力强以及速度分辨能力精细等特点，目前在生命探测领域鲜有相关研究。

2 生命探测系统方案

进行MIMO体制的生命探测雷达基本信号流程如下，数字阵列模块里的多通道激励发射多路正交信号，通过功率放大，通过平板阵列天线辐射处理后，接收天线将信号接收。通过空时解码，对接收信号做发射阵列信号脉冲综合处理。生命探测系统性能设计提升的设计，需站在阵列信号处理角度，通过计算机仿真，解决系统处理的关键技术。

在收发分置雷达中可采用FMCW信号波形，其具有高脉压比，这样能够解决距离分辨率和作用距离之间的矛盾，而且连续波可以减小雷达的发射功率， 从而有效减少系统体积、重量、造价。设信号周期为T ， 调频带宽为[Bu]. 假设系统有[Ne]个发射天线， 天线频率间隔为

生命探测雷达的工作频率选择的依据有两点： 1） 穿透后衰减不大； 2） 满足一定的分辨率要求。频率的选择需要在分辨力和穿透力之间折衷， 一般可采用GHz 量级的电磁波， 如L、S、C 波段。设计者需要站在系统设计角度上，综合考虑需求，探测能力，重量，功耗等等，初步建立系统方案架构。系统设计方案系统工作见图2。

常规雷达波束在空间上扫描搜索的工作方式使得系统驻留时间有限。为了保持一定的角分辨力，而扫描时间又允许改变，解决的方法之一是采取“宽发窄收”（即接收波束为窄波束，以保持一定的角分辨力，同时将发射波束加宽）。在宽发射波束覆盖的区域里，有多个接收波束同时接收，显然接收波束的驻留时间的延长与发射波束的加宽成正比，但向一定方向的发射功率与发射波束的加宽成反比。在驻留时间内接收的回波能量是相同的，若能有效的进行相干积累（相当于匹配滤波），两种方式的作用距离相同。

3 结束语

MIMO体制的生命探测系统的好处是：发射宽波束，接收同时形成多波束覆盖发射空域技术。在这种体制下，系统可采用长时间使用“凝视探测”技术，故系统可具有良好的速度分辨能力，在杂波环境中对微动多个弱目标的检测性能大大提升，该设计方法实践意义强。

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