FMCW DDMA-MIMO 雷达波形MATLAB仿真

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【正文】

编辑|雷达小助理 审核|调皮哥

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1、DDMA-MIMO波形原理

在通信系统中，复用、分集、多址三个概念本质上是不同的，但是在雷达系统中，我感觉论文里大家都在混用，感觉这三个概念没有什么区别。比如TDM-MIMO，一些论文说是时分复用，一些论文又说时分多址，真会把人搞昏。

DDMA被称多普勒分多址，或者多普勒多通道分离、多普勒分集发射。DDMA波形通过DDMA的多天线同时发射，结合雷达上新的相关检测信号链，能够比常用的 TDMA(时间分集发射)波形获得更高的 SNR(信噪比)和更远的探测距离，分集发射增益如下公式所示。同时采用基于 Empty-band 的波形设计实现DDMA解调，从而全面提升雷达的性能。

其中，Nt是发射天线个数。

DDMA波形原理本文不再论述，读者可直接阅读相关论文及其引用文献：

Fast-Chirp FDMA MIMO Radar System Using Range-Division Multiple-Access and Doppler-Division Multiple-Access。

DDM-MIMO雷达技术存在一些缺点，限制了其在汽车雷达中的应用。在多目标场景中，每个目标将在距离多普勒谱中生成一个真实位置，但在同一距离单元之间伴随着多根发射天线的干扰，当有多个目标在相同距离但速度不同时出现问题，真正的目标和干扰将被混淆。

2、DDMA-MIMO MATLAB仿真

仿真环境：MATLAB2022a

操作系统: Windos10

4T4R，2个空带，R=30m,V=0m/s,snr=20dB的仿真距离速度谱效果：

4T4R，2个空带R1=30m,V1=0m/s,R2=50m,V2=10m/s,R3=100m,V3=20m/s,SNR=20dB的仿真距离速度谱效果：

12T16R，4个空带R1=30m,V1=0m/s,R2=50m,V2=10m/s,R3=100m,V3=20m/s,SNR=20dB的仿真距离速度谱效果：

3、关键代码解析

主程序RSP.m，包含了雷达参数、目标参数、DDMA-MIMO信号建模、距离维FFT和速度维FFT。

%% 公众号 ：调皮连续波%% 时间：2023年05月11日clc;clear all;close all;
%% 雷达参数设置parameter  = generateParameter();%% 雷达回波信号建模rawData    = generateSignal(parameter);firstChirp = rawData(1,:,1);
%% 雷达信号处理rangeRes     = parameter.c / (2 * parameter.BandwidthValid); %距离分辨率 有效带宽rangeIndex   = (0:parameter.rangeBin-1) * rangeRes;speedRes     = parameter.lambda / (2 * parameter.dopplerBin * parameter.Tr);dopplerIndex = (-parameter.dopplerBin/2parameter.dopplerBin/2 - 1) * speedRes;angleRes     = parameter.lambda / (parameter.virtualAntenna * parameter.dx) * 180 / pi;angleIndex   = (-parameter.virtualAntenna/2parameter.virtualAntenna/2 - 1) * angleRes;
%%1D FFTfft1dData    = fft(firstChirp);figure(3);plot(db(abs(fft1dData)./max(abs(fft1dData))));xlabel('距离(m)'); ylabel('幅值(dB)');title('距离维FFT');
%% 2D FFT%% 距离-多普勒谱channelNum    = size(rawData,1);rangebinNum   = size(rawData,2);dopplerbinNum = size(rawData,3);fft2dDataPower= zeros(size(rawData));fft2dDataDB   = zeros(size(rawData));fftRADataPower= zeros(size(rawData));
for chanId = 1channelNum    fft2dDataPower(chanId,:,:) = RDfftMatrix(rawData(chanId,:,:));end
figure(4);imagesc(dopplerIndex',rangeIndex,db(abs(squeeze(fft2dDataPower(2,:,:)))));axis xyview(2);xlabel('速度(m/s)'); ylabel('距离(m)'); zlabel('幅值');title('DDMA-MIMO（RD谱）');

DDMA信号建模，首先按照不同Chirp和发射通道生成相位值，然后让所有发射通道的信号叠加，最后根据目标参数获得回波信号，然后混频得到中频信号，叠加噪声。

空带Empty_Band设置如下：

Empty_band=4;%空带数目

相位和发射信号模型如下：

phi_offset = (chirpId-1)*(txId-1)*2*pi/(txNum+Empty_band);St1 = 10*exp(1j*2*pi*(centerFreq*(t+(chirpId-1)*Tr)+slope/2*t.^2)+1j*phi_offset); %发射信号

好了，总的来说DDMA-MIMO仿真并不是那么难，感兴趣的朋友可以试试，本文所涉及到的代码已经放入会员库，年度会员可以直接下载，非会员请私信。

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本文是空闲时个人的心得体会，仅供参考。目前我还有很多内容需要学习，如果还有没有说到或者不全面的地方，还请指正，感谢大家。

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审核编辑黄宇