MIMO與認(rèn)知雷達(dá)波形設(shè)計(jì)理論與算法研究.pdf

1、波形設(shè)計(jì)是MIMO雷達(dá)研究領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵問題,波形設(shè)計(jì)的好壞直接影響其性能。根據(jù)MIMO雷達(dá)所承擔(dān)任務(wù)的不同,通過設(shè)計(jì)有針對(duì)性的MIMO波形能夠提高雷達(dá)性能。因此,研究MIMO雷達(dá)波形設(shè)計(jì)相關(guān)的理論與算法具有重要意義及應(yīng)用價(jià)值。同時(shí),作為雷達(dá)研究領(lǐng)域的新熱點(diǎn),認(rèn)知雷達(dá)因其特有的“接收到發(fā)射”的閉環(huán)結(jié)構(gòu),使得認(rèn)知雷達(dá)具有更大的提高雷達(dá)性能的潛力。而波形設(shè)計(jì)是凸顯雷達(dá)系統(tǒng)“認(rèn)知”特性的一個(gè)必不可少的環(huán)節(jié),當(dāng)前,怎樣設(shè)計(jì)波形提高認(rèn)知雷達(dá)抑制干

2、擾的能力也受到越來越多的學(xué)者的關(guān)注。
　　針對(duì)MIMO雷達(dá)正交相位編碼信號(hào)設(shè)計(jì)問題,遺傳算法和模擬退火算法是提高自相關(guān)和互相關(guān)性能常用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,但是不同的應(yīng)用背景對(duì)波形設(shè)計(jì)提出了針對(duì)性的要求。本文在保證低自相關(guān)旁瓣峰值和低互相關(guān)峰值的基礎(chǔ)上,圍繞波形還必須滿足嚴(yán)格正交性以及具有零相關(guān)區(qū)域兩種具體情況開展研究。
　　目前,認(rèn)知雷達(dá)波形的研究成果主要集中在任意波形,由于這些任意波形的包絡(luò)不是恒定的,因此無法充分利用雷達(dá)發(fā)射

3、機(jī)的效率。針對(duì)這一問題,本文以提高雷達(dá)性能(如目標(biāo)檢測(cè)概率)為設(shè)計(jì)目標(biāo),對(duì)認(rèn)知雷達(dá)恒包絡(luò)波形設(shè)計(jì)開展研究。
　　本文主要針對(duì)MIMO雷達(dá)正交相位編碼設(shè)計(jì)和認(rèn)知雷達(dá)恒包絡(luò)波形設(shè)計(jì)的一些關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行研究,取得了一些有益的結(jié)論和成果。本文主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.提出了一種基于Hadamard矩陣的正交二相碼優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。利用Hadamard矩陣的正交特性,設(shè)計(jì)的相位編碼信號(hào)不但具有較低的自相關(guān)旁瓣峰值和互相關(guān)峰值,

4、并且兩兩信號(hào)間還具有嚴(yán)格正交性,有利于改善雷達(dá)的目標(biāo)測(cè)量精度和雜波對(duì)消效果。該方法僅需要較小的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間就能夠優(yōu)化出較長(zhǎng)的相位編碼。因此,可以用于雷達(dá)超長(zhǎng)相位編碼序列的設(shè)計(jì)中。
　　2.研究了基于序列二次規(guī)劃(SQP)算法的類零相關(guān)正交相位編碼優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。針對(duì)MIMO雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)性能是由收發(fā)波束形成后輸出的綜合脈壓旁瓣水平直接決定這一問題,將發(fā)射信號(hào)的和(簡(jiǎn)稱“和信號(hào)”)的模糊函數(shù)旁瓣特性引入目標(biāo)函數(shù)中,利用該方法設(shè)計(jì)得到的

5、相位編碼在零相關(guān)區(qū)域不但具有超低的自相關(guān)旁瓣峰值和互相關(guān)峰值,并且和信號(hào)的模糊函數(shù)還具有高主副比和優(yōu)良的多普勒容忍性。
　　3.研究了波形旁瓣影響下的機(jī)載MIMO雷達(dá)雜波特性。對(duì)波形旁瓣影響下的機(jī)載MIMO雷達(dá)雜波回波進(jìn)行建模,并且理論分析和公式推導(dǎo)了正交波形的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)對(duì)機(jī)載MIMO雷達(dá)雜波秩的影響。在機(jī)載MIMO雷達(dá)的應(yīng)用背景下,得到了發(fā)射波形的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)會(huì)使得雜波秩明顯增大的結(jié)論。
　　4.針對(duì)認(rèn)知雷達(dá)

6、波形設(shè)計(jì)問題,分別以最大化信號(hào)匹配濾波器輸出端信噪比(SNR)和信雜噪比(SCNR)為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,研究了色噪聲下和雜波下的恒包絡(luò)波形設(shè)計(jì)方法。該方法以待優(yōu)化信號(hào)的能量譜密度(ESD)在最小均方誤差意義下逼近最優(yōu)的ESD為目標(biāo)函數(shù),采用SQP算法進(jìn)行相位編碼信號(hào)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)發(fā)射信號(hào)如線性調(diào)頻信號(hào)(LFM)相比,利用該方法設(shè)計(jì)得到的相位編碼信號(hào)能夠有效提高輸出的SNR或SCNR。特別地,針對(duì)色噪聲下的波形設(shè)計(jì)問題,還研究了一種恒包絡(luò)MI

7、MO波形設(shè)計(jì)方法。該方法利用了MIMO雷達(dá)具有多發(fā)射自由度的特性,進(jìn)一步提高了輸出的SNR。
　　5.提出了陣元位置誤差影響下的認(rèn)知發(fā)射方向圖設(shè)計(jì)方法。當(dāng)陣列流形存在誤差時(shí),利用該方法設(shè)計(jì)的方向圖在目標(biāo)方位具有最大發(fā)射增益,同時(shí)在一個(gè)或多個(gè)干擾方向上置零,達(dá)到抑制干擾的效果。在此基礎(chǔ)上,還研究了認(rèn)知空時(shí)發(fā)射方向圖設(shè)計(jì)方法。與傳統(tǒng)發(fā)射方向圖相比,認(rèn)知空時(shí)發(fā)射方向圖能顯著提高輸出的SCNR,并且能有效減小回波中雜波能量,降低對(duì)接收機(jī)動(dòng)