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机载MIMO雷达由于发射信号的正交性,可以在接收端实现等效发射波束形成。当MIMO雷达天线阵列采用稀疏布阵时,可以使雷达产生更大的连续虚拟孔径,提高了MIMO雷达的空间分辨率。尤其当采用稀疏发射、紧凑接收时,MIMO雷达由于采用宽发模式而不产生栅瓣,具有很好的研究价值。本文就是以这种稀疏发射、紧凑接收虚拟阵MIMO为研究对象,对这种虚拟孔径下的方向图、杂波特性、MTD算法和STAP算法进行了研究分析,主要工作如下:(1)研究了机载平台下MIMO雷达的回波信号模型,从收发阵列的等效波束形成引出虚拟阵列产生的原理。通过理论推导得到,当发射端和接收端中的一端采用稀疏布阵,且阵元间距满足一定条件时,可使MIMO获得最大连续虚拟孔径。对MIMO虚拟孔径下的收发联合方向图进行仿真,得出MIMO虚拟阵列的主瓣更窄,具有更好的空间分辨率。并且由于MIMO发射正交信号,属于宽发模式,使得MIMO发射阵列采用稀疏布阵时,在空间不会产生高增益栅瓣,有利于雷达的隐身。从而得出稀疏发射、紧凑接收虚拟阵MIMO具有更好的研究价值。(2)从机载雷达的地面杂波组成出发,研究了主瓣杂波、旁瓣杂波、高度线杂波及其他地面杂波的一些特性。了解了常用的杂波模拟方法和杂波的非理想因素,并推导了等距离环地面散射单元积分法建模的原理和最小方差谱的计算方法。通过仿真实验,分别对相控阵、紧凑阵MIMO和稀疏虚拟阵MIMO模式下的杂波谱进行对比,得出稀疏虚拟阵MIMO具有更好的杂波抑制性能。(3)对机载MIMO雷达的非自适应信号处理流程做了阐述,研究了匹配滤波、收发波束形成、MTD处理和CFAR处理四个模块的原理。在仿真实验中,分别对紧凑阵MIMO和稀疏发射、紧凑接收虚拟阵MIMO做非自适应信号处理。对比MTD仿真结果,得出虚拟阵MIMO在机动目标检测性能上的优势。(4)研究了MIMO雷达的空时自适应处理算法,分别在常规紧凑阵MIMO和稀疏发射、紧凑接收虚拟阵MIMO下进行STAP算法仿真。通过仿真结果的对比得出MIMO虚拟孔径在机动目标检测方面的优势。