超寬帶MIMO雷達自適應(yīng)波形設(shè)計.pdf

1、超寬帶多輸入多輸出(Ultra-wideband Multiple-input Multiple-output，UWB-MIMO)雷達是近幾年提出的一種新體制雷達，其很好的融合了超寬帶技術(shù)與MIMO技術(shù)，使雷達具備了超高分辨能力與成像能力，但是同時也給雷達信號處理，特別是雷達信號的智能化設(shè)計與處理，帶來了巨大的挑戰(zhàn)。認知雷達被認為是雷達發(fā)展的重要方向，而自適應(yīng)波形設(shè)計則是認知雷達研究的基礎(chǔ)與重點。因為波形具有自適應(yīng)性，從根本上改變了傳統(tǒng)

2、雷達被動的信息處理方式，能夠大幅度提高雷達系統(tǒng)的性能與環(huán)境適應(yīng)能力，是雷達實現(xiàn)智能化的重要途徑之一，具有極為重要的理論研究與應(yīng)用價值。本課題以超寬帶MIMO雷達作為研究背景，從波形自適應(yīng)設(shè)計的角度出發(fā)，以抑制干擾、提高目標檢測與信息獲取能力為目的，對自適應(yīng)波形設(shè)計進行了深入的研究。論文主要工作如下:
　　1)針對超寬帶MIMO雷達的應(yīng)用背景，分別構(gòu)建了全分集和發(fā)射分集的兩類UWB-MIMO雷達系統(tǒng)模型。根據(jù)構(gòu)建的模型，研究了不同的

3、天線架構(gòu)及信號處理方法對雷達輸出信噪比與檢測概率的影響。研究結(jié)果表明當回波信噪比（信雜噪比）較低時，發(fā)射分集式的天線架構(gòu)更有利于檢測目標與抑制雜波干擾。為后續(xù)基于超寬帶MIMO雷達的自適應(yīng)設(shè)計提供了研究基礎(chǔ)。
　　2)基于編隊雷達同頻干擾抑制需求，研究了基于多種調(diào)制方式的超寬帶脈沖壓縮雷達正交波形的設(shè)計方法，提出了一種基于子脈沖跳時和調(diào)頻的復(fù)合調(diào)制正交波形設(shè)計方法。該方法利用混沌序列和Costas序列的類隨機性，可以產(chǎn)生大量具有優(yōu)

4、異正交性能的發(fā)射波形，避免了復(fù)雜的尋優(yōu)過程，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度。所設(shè)計的雙調(diào)制發(fā)射信號具有較低的自相關(guān)旁瓣峰值和互相關(guān)峰值，有利于改善雷達的目標測量精度和降低回波間的干擾。通過與常規(guī)正交波形（如:正交相位編碼波形、正交頻率編碼波形）的比較仿真驗證了其優(yōu)越性。
　　3)針對雷達工作環(huán)境的時變特征，基于信息理論，分別以最大化目標回波信號與雜波信號間的互信息值和最小化連續(xù)時刻回波信號互信息值為設(shè)計準則，研究了雜波與噪聲背景下的超寬帶MIM

5、O雷達自適應(yīng)波形設(shè)計方法。該方法的實現(xiàn)基于發(fā)射分集的天線架構(gòu)，根據(jù)目標先驗角度信息，采用接收端波束形成技術(shù)，分別得到來自目標與雜波的回波信號。并以此計算相應(yīng)互信息值，根據(jù)設(shè)計準則，得到最優(yōu)化發(fā)射信號。與傳統(tǒng)基于信息理論的波形設(shè)計方法相比，利用該方法設(shè)計得到的發(fā)射信號能夠更加有效的抑制雜波信號，提高目標信息獲取量。
　　4)在同樣的時變背景下，基于目標檢測理論，提出了一種以最優(yōu)化檢測為準則的自適應(yīng)波形設(shè)計方法。該方法將包含雜波與噪聲

6、的接收信號看作是一個滿足多元分布的Dirichlet混合模型。通過Dirichlet過程混合模型簇分離算法，對信號中包含的不同目標進行分離與參數(shù)識別。在此基礎(chǔ)上對發(fā)射信號的能量進行了優(yōu)化分配，將能量集中在目標與雜波頻域響應(yīng)間差異最大的頻段內(nèi)，以獲得最大的SCNR（信雜噪比）與目標檢測概率。通過該方法可以根據(jù)環(huán)境的變化，利用了超寬帶信號頻率成分的豐富性，自適應(yīng)的調(diào)整發(fā)射信號，達到抑制雜波干擾，優(yōu)化檢測性能的目的。理論分析和仿真實驗均驗證了