高林
【摘 要】设计低旁瓣MIMO雷达发射方向图，可以实现对主瓣发射能量提供保障的基础上，对虚假目标能量、旁瓣杂波进行抑制，促进回波信噪比提升的目的，提高MIMO雷达的有效发射功率。因此本文主要研究设计低旁瓣MIMO雷达发射方向图方法，并通过仿真实验来验证本文提出的设计方法的可行性，希望能够为低旁瓣MIMO雷达发射方向图的科学设计提供参考。
【关键词】发射方向图 MIMO雷达 低旁瓣
随着科学技术的发展，雷达领域研制出了新的产品即MIMO雷达，其中重要的研究方向就是集中式的MIMO雷达，其特征是在各个阵元下发射的信号是不同的，具有不小于1的协方差矩阵秩，而且其发射波形的自由度较大。因此在对其发射方向图进行设计的时候，应当采取合适的设计方法，从而设计出优质的低旁瓣MIMO雷达发射方向图。
1 设计低旁瓣MIMO雷达发射方向图方法
当MIMO雷达在功率值为1的发射总功率条件下，那么它的发射信号协方差矩阵的非对角线元素则与0≤≤1/M，m≠n该条件式相满足。当MIMO雷达发射的信号为正交信号时，即的值为0时，且m≠n，那么将会得到全向的发射方向图，在全空域将会均匀分配雷达的发射功率。若是MIMO雷达发射的信号为单一信号时，那么则表示的值为1/M，且m≠n，这时将得到相控阵雷达，明确的指向性是其发射方向图的主要特征，而且在全空域没有均匀分配的雷达发射功率。于是可以将定义为r=。其中发射信号协方差矩阵为R0时所对应的方向图就是，当正交信号的协方差矩阵为R0，那么则表示的值为0，且m≠n。当发射信号协方差矩阵为R时所对应的方向图就是，那么则表示的值不小于0，且m≠n。对空域分配不均匀的雷达发射功率进行深入的研究，可以得到图1，其矩阵的Frobenius由其R-R0的绝对值表示[1]。
如果雷达各个发射阵元具有相应的最大发射功率，那么在想要得到最大的全空域发射总功率时，就需要保证得到各个发射阵元得到最大的发射功率。于是可以采取优化发射信号，对信号的相关性进行调整的方法，实现雷达发射方向图拥有最大化的主瓣发射功率，因此发射信号的相关性、各个阵元发射功率的最大化决定了MIMO雷达发射方向图中的最大发射功率。而各个阵元的发射功率最大化可以有R的对角线元素提供保障，因此在对发射方向图进行调整时尽量不要对对角线元素进行改变，从图1可以了解到在不变的对角线元素下，发射功率的空域分配不均匀性由R的非对角线元素决定，所以对发射方向的形状进行改变时只需要对R的非对角线元素进行修正即可。
2 对其进行仿真模拟试验
若MIMO雷达拥有均匀线阵的发射阵，拥有20个发射阵元数M，且半波长为阵元间距，1为总的发射功率。那么具体的实验可以分为以下几个步骤：（1）对以往的设计方法、本文采用的设计方法中设计出的方向图的旁瓣性能进行对比。（2）对主瓣失真参数的合理取值范围进行验证。（3）利用恰当的算法计算出发射信号真实的矩阵，并将其得到的矩阵进行合成，最终设计出MIMO雷达的发射方向图。从而旁瓣电平有效降低进行验证。
实验1：对已有的发射方向图设计方法进行修正，如对匹配法进行修正，设置仿真参数：[-25°，25°]为主瓣区域范围，1为发射功率幅度，而其他区域设计为旁瓣区域，旁瓣区域的发射功率幅度为0。
实验2：对主瓣失真参数进行选择，实验参数选择与实验1设计的方向图仿真参数一致，将主瓣失真参数的选择范围设定在较大的范围内，假设主瓣失真参数为[0.01，0.15]。再结合之前设计的方向图，可以得到当主瓣失真参数发生变化时，设计的方向图的旁瓣下降情况、主瓣形状失真情况也会随之发生变化。假设主瓣失真参数不小于0.10时，那么主瓣的最大失真、平均失真情况会出现上升的情况，而旁瓣均值、中旁瓣峰值的下降情况也会呈现出缓和的趋势。这就表示对主瓣参数所选择的上限值是合理的。若假设主瓣参数的选择不大于0.05时，若是没有出现明显的旁瓣峰值下降情况，对于方向图的旁瓣也不能够做出有效的抑制，同时却也出现了上升的中峰值旁瓣均值的效果，而旁瓣的效果却没有达到抑制的目的，就可以将主瓣失真参数的下限值确定为0.05，由此可以判定实验中给出的主瓣失真参数的是合理的[2]。
根据仿真实验的结果对设计的方向图进行模拟，有利于设计更加符合实际需求的MIMO雷达发射方向图，使其在实际应用中充分发挥其功率。
3 结语
综上所述，通过对低旁瓣MIMO雷达发射方向图设计的研究，从中可以了解到在对MIMO雷达发射方向图进行设计时，为了得到更高的发射功率，就需要对旁瓣功率进行降低，并使用新的设计方法，实现对设计理想的雷达发射方向图的目标，从而设计出具有较低的旁瓣性的发射方向图。
参考文献：
[1]杨晓超，刘宏伟，王勇，纠博.最小化旁瓣的MIMO雷达发射方向图优化算法[J].电子与信息学报，2012，12：2954-2958.
[2]吴梦，刘宏伟，王旭.一种循环迭代的MIMO雷达发射方向图设计方法[J].电子与信息学报，2015，02：322-327.
