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超宽带MIMO阵列雷达系统通过使用大孔径、稀疏排列的MIMO实孔径天线阵列收发超宽带脉冲信号能够对探测区域内的目标进行非入侵式的高分辨率跟踪成像。近年来，因其在反恐斗争、城区巷战和灾害救援等领域的广泛应用前景而备受国内外关注。在国家自然科学基金，中科院知识创新工程重要方向项目和国家863项目经费的支持下，本文开展了基于二维超宽带MIMO面阵列的近场三维成像与跟踪方法的研究工作，包括超宽带MIMO面阵结构设计、基于MIMO面阵的快速三维成像算法以及多目标跟踪算法等方面。论文的主要创新成果如下: 一、提出了一种用于设计二维超宽带MIMO面阵拓扑结构的优化方法，具体内容包括: (1)引入超宽带MIMO阵列性能分析的常用工具——等效孔径。通过两个超宽带MIMO面阵设计实例，分析、总结了二维MIMO平面阵列结构的两条优化原则。 (2)结合等效孔径的概念和两条优化原则，二维超宽带MIMO面阵结构的设计实际就是一个最优化问题，因而提出了一种用于设计4M发4N收超宽带MIMO面阵结构的优化方法。 (3)根据一般近场三维高分辨率成像的应用指标，利用该优化方法设计了两个MIMO面阵，仿真和实验结果证明了优化设计的面阵具有更好的旁瓣抑制能力，验证了所提出的MIMO面阵结构优化方法的正确性。 二、提出了一种基于二维超宽带MIMO面阵列的快速三维成像算法，具体内容包括: (1)介绍了几种常用的近场三维成像算法，包括以修正的Kirchhoff徙动算法为代表的时域相干成像算法以及MIMO-RMA等频域成像算法，分析阐述了这些算法的优缺点。 (2)提出了一种能够应用在MIMO阵列系统中的三维快速成像算法，修正了MIMO-RMA在空间采样率上的缺陷，以应对实际MIMO阵列中发射孔径或接收孔径出现稀疏排列的情况。对该算法的原理进行了推导，并详细说明了其实现步骤，分析了其空间采样率要求及成像分辨率等。仿真和实验结果验证了该算法成像的准确性以及良好的计算效率。 三、提出了一种用于超宽带阵列雷达的多目标跟踪算法，具体内容包括: (1)提出了一种用于超宽带阵列雷达的多运动目标跟踪算法。该算法基于成像结果展开，共分五个部分:观测点迹的获取，波门检测，点迹-航迹关联匹配，航迹管理，跟踪滤波与预测。 (2)在点迹获取的环节中，设计了一个双门限检测器，有效控制了观测值内虚警出现的概率，提高了所获观测值的准确性。 (3)在关联匹配的步骤中，提出了一种快速的点迹-航迹配对算法，有效解决了多目标跟踪中常见的点迹“冲突”问题，同时大大压缩了计算时间，为整个多目标跟踪算法的实时运行提供保障。