基于先驗信息的MIMO雷達發(fā)射方向圖設計.pdf

1、發(fā)射方向圖表征了雷達發(fā)射功率在空間維上的分布情況，對于雷達來說是非常重要。雷達的工作場景中或多或少地存在著一些對雷達工作產(chǎn)生負面影響的因素如干擾或者雜波，如果能夠提前獲取這些因素的信息作為先驗信息，將其合理利用并指導雷達的下一次發(fā)射，就可以大大提高雷達的工作性能，這屬于認知發(fā)射的范疇，是現(xiàn)代雷達發(fā)展的重要方向。多輸入多輸出(MIMO)雷達具有多個發(fā)射和接收天線，這使得MIMO雷達具有波形分集的能力，這種具有高自由度的雷達體制，為先驗信息

2、的獲取和利用提供了一個非常良好的實現(xiàn)平臺。本文以 MIMO雷達為實現(xiàn)平臺，主要研究基于干擾先驗信息和雜波先驗信息的發(fā)射方向圖設計方法；論文內容安排概括為以下幾個方面：
　　一、闡述了 MIMO雷達發(fā)射方向圖匹配設計的三種方法。第一種是傳統(tǒng)的基于SDP優(yōu)化方法的發(fā)射方向圖匹配設計模型，這種方法的求解必須依賴于凸優(yōu)化工具包如CVX等；第二種是一個無約束優(yōu)化數(shù)學模型，其利用自相關矩陣的平方根矩陣所特有的性質，將自相關矩陣半正定的約束和每

3、個天線等功率的約束都等價地包含到參數(shù)化后的平方根矩陣中，從而實現(xiàn)了一個約束優(yōu)化數(shù)學模型向一個無約束優(yōu)化數(shù)學模型的轉化，然后利用梯度下降算法即可求解該無約束優(yōu)化數(shù)學模型；第三種也是一個無約束優(yōu)化數(shù)學模型，其思路是將原模型的目標函數(shù)進行相應地推導和替換，同時在該過程中將約束條件作為已知條件逐一包含到推導過程中，從而亦實現(xiàn)了一個約束優(yōu)化數(shù)學模型向另一個無約束優(yōu)化數(shù)學模型的轉化，然后利用“導數(shù)求極值”的方法求解該無約束優(yōu)化問題，得到一個“偽自相

4、關矩陣”，接著對該“偽自相關矩陣”的非對角線元素進行擾動，最終得到我們要求的具有半正定性質的自相關矩陣。
　　二、研究了基于干擾先驗信息的MIMO雷達發(fā)射方向圖的設計方法。根據(jù)獲取干擾先驗信息方法的不同，主要介紹了三種算法。第一種是利用雷達靜默期接收到的干擾數(shù)據(jù)基于DOA估計技術，將干擾的方向估計出來，這些估計出的干擾方向就是先驗信息，利用干擾的估計方向，直接約束該方向上的能量極小，同時利用p階導數(shù)約束的方法，將干擾估計方向上的零

5、陷進行展寬；第二種是基于接收端的干擾信號計算出干擾相關矩陣，接著將干擾相關矩陣進行特征值分解處理，大特征值對應的特征向量所張成的空間即為干擾子空間，該干擾子空間即為先驗信息，在設計發(fā)射方向圖時，將干擾子空間的信息運用其中進行相應的約束，從而可以在干擾的方向上自適應地設置零陷，然后同樣運用p階導數(shù)約束的方法在干擾方向上自適應地進行零陷展寬；第三種是利用接收到的干擾數(shù)據(jù)表征出干擾加噪聲的功率，拋開傳統(tǒng)的發(fā)射方向圖匹配思想，直接以最小化干擾加

6、噪聲的功率為目標，同時保證感興趣方向具有一定的增益即可，如此設計出的發(fā)射方向圖同樣可以在干擾的方向上自適應地設置零陷，同時采用Mailloux方法對零陷進行展寬。
　　三、研究了基于雜波先驗信息的MIMO雷達發(fā)射方向圖的設計方法以及利用稀疏的雜波信息進行陣列位置誤差校正的方法。首先在非均勻雜波背景下，將 MIMO雷達發(fā)射正交波形信號時接收到的雜波回波數(shù)據(jù)矩陣作為先驗信息，然后利用該先驗信息在最大化接收天線中的信雜噪比的準則下，求出