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作为一种新体制雷达,多输入多输出(MIMO)雷达在目标定位、跟踪与检测等诸多方面展现出了优异的性能,是当今雷达领域的前沿研究热点。现代雷达时常面临着复杂多变的目标检测环境,因此面向MIMO雷达实用性以及提高目标检测性能的空时处理与检测算法显得尤为重要。本文围绕复杂环境中的MIMO雷达空时自适应处理(STAP)和自适应检测算法展开了深入的研究。本文的主要工作与贡献如下:(1)在发射正交波形的集中式MIMO雷达中,针对MIMO虚拟阵元的冗余相位问题,本文讨论了全虚拟阵元和有效虚拟阵元两种MIMO虚拟阵的信号处理方式。与全虚拟阵元处理方式相比,有效虚拟阵元处理方式具有更小的自适应处理维度和更低的运算量。另外,本文分析并验证了两种奈奎斯特MIMO虚拟阵列在测角、抗干扰以及杂波抑制中的性能优势。(2)针对正交波形MIMO雷达的探测信噪比损失的问题,本文采用了一种将线性调频连续波(LFMCW)信号与MIMO雷达相结合的方案。该方案能弥补MIMO雷达探测信噪比的损失,同时使机载LFMCW-MIMO雷达系统具备了多方面的技术性能优势。在含有强地杂波的目标探测场景中,本文理论分析并仿真验证了机载LFMCW-MIMO雷达系统的杂波距离旁瓣泄漏特性。对于近程目标和远程目标,LFMCW信号的杂波泄漏特性与线性调频脉冲(LFMP)信号具有相似性,均可按常规的LFMP信号处理方式进行处理。对于中近程目标,不同于低占空比的LFMP信号,具有高占空比的LFMCW信号仍会受到显著的来自高度线杂波的泄漏影响。针对高度线杂波的旁瓣泄漏问题,本文采用高主副比的多普勒滤波器对高度线杂波进行了有效抑制,提高了机载LFMCW-MIMO雷达系统对高速弱目标的检测性能。(3)在机载正侧视MIMO虚拟阵的空时处理应用中,针对基于广义旁瓣对消器的STAP(GSC-STAP)滤波器中的阻塞矩阵构造问题,本文提出了一个基于修正的施密特正交化预处理(MGSOP)算法的阻塞矩阵构造方法,它能使GSC-STAP滤波器获得最优的信杂噪比(SCNR)输出,并且比正交子空间投影算法具有更快的自适应收敛速度。针对非奈奎斯特MIMO虚拟阵,本文提出了一个基于MGSOP算法的GSC-STAP滤波器应用框架,经仿真验证,该应用框架还可有效地推广到非均匀线阵中。(4)针对MIMO虚拟阵的波束域降维GSC-STAP问题,本文提出并证明了降维GSC-STAP滤波器获得最优SCNR输出所需满足的条件。在非奈奎斯特MIMO虚拟阵中,针对固定通道和最优通道降维STAP算法中的阻塞矩阵构造问题,本文分别提出了一种基于MGSOP算法的降维阻塞矩阵预处理方法,该方法能提高降维GSC-STAP滤波器的SCNR输出,本文通过仿真验证了该方法的有效性。(5)针对虚拟孔径MIMO雷达中基于知识辅助的自适应检测问题,本文分别提出了基于一阶和二阶杂波谱表征方法的广义极大似然比(GLRT)检测器,并且分析了这两种检测器(FO-GLRT和SO-GLRT检测器)在不同场景中的检测性能。经仿真验证,在小样本情况下,本文提出的FO-GLRT检测器和SO-GLRT检测器的检测性能均优于常规的未采用先验结构信息的GLRT检测器。另外,只利用单快拍的FOGLRT检测器在样本充足与否时都具有较好的性能和稳定性。