集中式多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）雷达通常利用正交波形增加发射波形 自由度，采用数字阵列拓展空间收发自由度，使得雷达接收机的天线孔径获得明显扩展，最终带来空间分辨率、 测角精确度、杂波抑制能力等大幅度提升。但是，这些性能提升的前提是发射波形具有正交特性。事实上，在 实际应用中，在不牺牲时域/频域资源情况下，受限于时宽带宽积，无法获得完全正交的波形集合，从而限制了 MIMO雷达系统性能。本文对集中式MIMO雷达正交波形复用的技术原理进行了系统回顾，分别归纳了三种快 时间发射波形设计方法：时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）、码分复用（Code Division Multiplexing，CDM） 和频分复用（Frequency Division Multiplexing, FDM），以及两种慢时间发射波形设计方法：多普勒分复用（Doppler Division Multiplexing，DDM）和随机相位编码波形，并对其优缺点进行对比。同时，对快时间MIMO和慢时间MI⁃ MO的信号处理流程进
集中式MIMO（Multiple Input Multiple Output）雷达是一种先进的雷达系统，它通过利用正交波形设计来增强发射波形的自由度，进而提高系统性能。正交波形在MIMO雷达中的作用至关重要，它们能够有效地扩展雷达接收机的天线孔径，从而提升空间分辨率、测角精度以及杂波抑制能力。
在实际应用中，由于受到时宽带宽积的限制，无法获取完全正交的波形集，这成为制约MIMO雷达性能的一个关键因素。为了解决这个问题，研究者们提出了多种波形设计方法：
1. 时分复用（TDM）：这种方法通过在不同的时间片内分配不同的波形给不同的发射天线，以实现波形的复用。优点在于实现简单，但可能由于时间同步要求较高，导致系统复杂度增加。
2. 码分复用（CDM）：利用不同的编码序列分配给各个发射天线，使得各发射信号在频域上保持正交。CDM能够充分利用频谱资源，但需要高效的编码算法，且解码过程可能复杂。
3. 频分复用（FDM）：将总的频率带宽分割成多个子频段，每个发射天线使用一个独立的子频段。这种方法简化了硬件设计，但受限于频率资源的划分，可能影响信号质量。
4. 多普勒分复用（DDM）：通过调整发射波形的多普勒特性来区分不同的波形，适用于目标速度不同的情况。然而，这种方法对于多普勒估计的精度要求较高。
5. 随机相位编码波形：利用随机相位变化来区分不同的发射信号，可以提供良好的杂波抑制能力，但可能会降低目标分辨性能。
对于快时间和慢时间MIMO雷达，其信号处理流程有所不同。快时间MIMO主要关注发射波形在时间上的复用，而慢时间MIMO则侧重于不同频率或码序列的复用。基于匹配滤波的信号处理框架是集中式MIMO雷达的一种通用方法，它能有效地提取目标信息并降低干扰影响。
为了评估不同波形对雷达成像性能的影响，通常会采用三维匹配滤波技术进行成像分析。通过比较不同波形下的成像结果，可以进一步优化波形设计，以达到最佳的雷达性能。
目前，MIMO雷达在实际应用中仍面临一些技术挑战，如如何在有限的时宽带宽积下实现高效正交波形设计，如何降低同步误差对系统性能的影响，以及如何处理多目标跟踪和分辨等问题。随着技术的发展，未来MIMO雷达将朝着更高的分辨率、更强的抗干扰能力和更复杂的场景适应性方向发展。
