混沌正交波形設(shè)計及信號分離方法研究.pdf

1、MIMO雷達(dá)主要是利用空間分集和發(fā)射信號的分集技術(shù)，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(biāo)回波信號。發(fā)射波形的有效分離可以從以下兩個方面實(shí)現(xiàn)，設(shè)計具有理想正交性的正交波形和設(shè)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(dá)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。
　　混沌信號具有類隨機(jī)、無周期、遍歷、初值敏感等特性，且易于控制和產(chǎn)生，具有應(yīng)用到MIMO雷達(dá)的潛力。目前，針對MIMO雷

2、達(dá)混沌波形設(shè)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(jī)制簡單，設(shè)計自由度小，因此將連續(xù)混沌應(yīng)用于MIMO雷達(dá)正交波形是否能夠獲得更好的性能需要進(jìn)行研究。
　　本文對基于連續(xù)混沌的MIMO雷達(dá)正交波形設(shè)計和信號分離方法進(jìn)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(guān)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(guān)性和互相關(guān)性的影響，并分析了采樣時間間隔與相關(guān)性能的關(guān)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(guān)性，為將連續(xù)混沌應(yīng)用到MIMO雷達(dá)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(shè)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(guān)性進(jìn)行了分析，分析了基于連續(xù)混沌的正交編碼波形的相關(guān)性與編碼長度、采用時間間隔之間的關(guān)系?；贚o

4、renz系統(tǒng)和Liu系統(tǒng)的離散頻率編碼波形的相關(guān)性較好，是較為理想的MIMO雷達(dá)發(fā)射波形，并且在允許頻率編碼重復(fù)使用的情況下，隨編碼長度的增大，自相關(guān)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(guān)性相似，都是較為理想的MIMO雷達(dá)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(guān)性能，其中基于連續(xù)混沌的允許頻率編碼重復(fù)使用的離散頻率編碼正交波形，其自相關(guān)性能遠(yuǎn)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(xué)模型基礎(chǔ)上，從理論上推導(dǎo)了OCCFM波形的自相關(guān)函數(shù)、準(zhǔn)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(jié)構(gòu)，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(guān)性與編碼長度、時間間隔之間的關(guān)系。以下結(jié)論作為選取MIMO雷達(dá)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(guān)性較好

6、，是較為理想的MIMO雷達(dá)發(fā)射波形，同基于離散Bernoulli映射的調(diào)頻波形相比，相關(guān)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(jié)構(gòu)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(shù)相結(jié)合，提出了OFD-CCFM信號，對其準(zhǔn)正交性進(jìn)行了分析和驗證。理論分析和仿真結(jié)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(guān)峰值旁瓣和

7、相鄰信號的互相關(guān)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(guān)峰值的影響，根據(jù)各類混沌正交波形的相關(guān)峰值分布，采用粒子群算法對混沌初值進(jìn)行優(yōu)化，并提出一種改進(jìn)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(guān)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