混沌正交波形設計及信號分離方法研究.pdf

1、MIMO雷達主要是利用空間分集和發(fā)射信號的分集技術，采用多個發(fā)射天線同時發(fā)射相互正交的波形，同時使用多個接收天線接收并處理目標回波信號。發(fā)射波形的有效分離可以從以下兩個方面實現(xiàn)，設計具有理想正交性的正交波形和設計一組性能優(yōu)良的脈沖壓縮濾波器。因此，發(fā)射信號的正交性和有效的分離信號是MIMO雷達實現(xiàn)的關鍵技術。
　　混沌信號具有類隨機、無周期、遍歷、初值敏感等特性，且易于控制和產(chǎn)生，具有應用到MIMO雷達的潛力。目前，針對MIMO雷

2、達混沌波形設計大多都是基于離散混沌系統(tǒng)的，但是離散混沌系統(tǒng)同連續(xù)混沌系統(tǒng)相比參數(shù)少，初值的取值范圍小，產(chǎn)生機制簡單，設計自由度小，因此將連續(xù)混沌應用于MIMO雷達正交波形是否能夠獲得更好的性能需要進行研究。
　　本文對基于連續(xù)混沌的MIMO雷達正交波形設計和信號分離方法進行了研究，主要包括以下幾個方面：
　　1.典型連續(xù)混沌系統(tǒng)的相關性分析。研究了Lorenz系統(tǒng)、Rossler系統(tǒng)、Chua系統(tǒng)和Liu系統(tǒng)四種連續(xù)混沌系統(tǒng)

3、非周期截短對自相關性和互相關性的影響，并分析了采樣時間間隔與相關性能的關系。通過仿真驗證了采用大的采樣時間間隔得到的連續(xù)混沌時間序列具有良好的相關性，為將連續(xù)混沌應用到MIMO雷達正交波形提供了依據(jù)。
　　2.研究了基于連續(xù)混沌的離散頻率編碼、相位碼波形設計方法。對基于四種連續(xù)混沌系統(tǒng)調(diào)制所產(chǎn)生的離散頻率編碼波形和相位編碼碼波形的相關性進行了分析，分析了基于連續(xù)混沌的正交編碼波形的相關性與編碼長度、采用時間間隔之間的關系。基于Lo

4、renz系統(tǒng)和Liu系統(tǒng)的離散頻率編碼波形的相關性較好，是較為理想的MIMO雷達發(fā)射波形，并且在允許頻率編碼重復使用的情況下，隨編碼長度的增大，自相關性有很大改善；基于Lorenz系統(tǒng)、Chua系統(tǒng)、Liu系統(tǒng)的相位相碼波形的相關性相似，都是較為理想的MIMO雷達發(fā)射波形。同基于離散混沌系統(tǒng)的離散頻率編碼、相位碼正交波形相比，具有相近或較優(yōu)的相關性能，其中基于連續(xù)混沌的允許頻率編碼重復使用的離散頻率編碼正交波形，其自相關性能遠優(yōu)于離散混

5、沌正交波形。
　　3.研究基于連續(xù)混沌的正交調(diào)頻波形(OCCFM)，在介紹信號數(shù)學模型基礎上，從理論上推導了OCCFM波形的自相關函數(shù)、準正交性、功率譜和模糊函數(shù)，數(shù)值仿真分析了CCFM波形的遍歷性和二維相空間結構，得出OCCFM波形具有混沌性。分析了基于四種典型連續(xù)混沌的OCCFM波形的相關性與編碼長度、時間間隔之間的關系。以下結論作為選取MIMO雷達混沌波形的依據(jù)：基于Lorenz系統(tǒng)和Chua系統(tǒng)的OCCFM波形的相關性較好

6、，是較為理想的MIMO雷達發(fā)射波形，同基于離散Bernoulli映射的調(diào)頻波形相比，相關性能比較接近，但基于離散Bernoulli映射的調(diào)頻波形的相空間具有較明顯結構特征，易被敵對方截獲，不具備低截獲性。將基于連續(xù)混沌的正交調(diào)頻波形和正交頻分技術相結合，提出了OFD-CCFM信號，對其準正交性進行了分析和驗證。理論分析和仿真結果表明通過合理選擇頻率間隔，可以得到更優(yōu)正交性能，相比OFD-LFM信號，OFD-CCFM信號的自相關峰值旁瓣和

7、相鄰信號的互相關峰值都有一定改善。
　　4.分析了混沌初值對混沌正交波形相關峰值的影響，根據(jù)各類混沌正交波形的相關峰值分布，采用粒子群算法對混沌初值進行優(yōu)化，并提出一種改進的粒子群算法，通過仿真表明，新算法較少的迭代次數(shù)就可以使波形的相關性能得到一定的改善。
　　5.針對傳統(tǒng)匹配濾波器方法對在非高斯噪聲背景下信號分離性能下降的問題，提出一種基于無窮范數(shù)歸一化的線性約束最小方差脈沖壓縮方法，該方法不需要噪聲特征指數(shù)的先驗信息和