雷達(dá)自適應(yīng)波形優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、雷達(dá)發(fā)射波形的選取影響著回波中包含的信息量，與雷達(dá)檢測(cè)、估計(jì)、成像、跟蹤及干擾抑制等方面性能有直接的關(guān)系。根據(jù)雷達(dá)工作環(huán)境自適應(yīng)地選擇發(fā)射波形，有利于使雷達(dá)以最佳方式從回波中提取更多更準(zhǔn)確的目標(biāo)信息，對(duì)于提高雷達(dá)的感知能力和適應(yīng)能力，以及抗干擾能力有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值，自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)雷達(dá)發(fā)射波形近年來(lái)已成為國(guó)內(nèi)外雷達(dá)界的研究熱點(diǎn)。
　　 本文圍繞著改善雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)、抗干擾及成像方面的性能展開了發(fā)射波形自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，主

2、要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　　 (1)為了改善匹配照射下單輸入單輸出(SISO)雷達(dá)在加性噪聲中的目標(biāo)檢測(cè)性能，進(jìn)行了發(fā)射波形自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。推導(dǎo)了匹配照射下SISO雷達(dá)濾波器輸出信噪比(SNR)的時(shí)域向量表達(dá)式，結(jié)合工作于復(fù)高斯白噪聲背景下的正交頻分復(fù)用(OFDM)雷達(dá)，給出了在降低發(fā)射信號(hào)峰均比（PAPR）的約束下提高濾波器輸出SNR的波形自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法采用凸優(yōu)化算法求得近似最優(yōu)OFDM信號(hào)子載波調(diào)制系數(shù)

3、向量，所優(yōu)化發(fā)射波形的檢測(cè)性能接近最優(yōu)匹配照射調(diào)制信號(hào)，同時(shí)其PAPR接近0dB，達(dá)到檢測(cè)性能與PAPR性能的綜合改善;結(jié)合工作于加性有色噪聲背景下的SISO雷達(dá)，給出了目標(biāo)信號(hào)子空間加權(quán)的波形自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法在提高SISO雷達(dá)濾波器輸出SNR的同時(shí)，降低發(fā)射波形的PAPR和距離旁瓣，設(shè)計(jì)得到的波形可增強(qiáng)雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)有色噪聲的抑制能力，同時(shí)有利于降低系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜度，充分利用發(fā)射功率以及降低微弱目標(biāo)被掩蓋的幾率。
　　 (

4、2)為了改善匹配照射下多輸入多輸出(MIMO)雷達(dá)在雜波及復(fù)高斯白噪聲中的目標(biāo)檢測(cè)性能，進(jìn)行了發(fā)射波形自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。利用OFDM信號(hào)的頻率分集特性，將其用于共址MIMO雷達(dá)，每個(gè)陣元發(fā)射一個(gè)子載波信號(hào)，依據(jù)匹配照射理論，給出了基于交替迭代算法聯(lián)合優(yōu)化子載波調(diào)制系數(shù)向量和濾波器系數(shù)向量的方法。該方法運(yùn)算量小，收斂速度快，所優(yōu)化波形可有效改善正交頻分復(fù)用-多輸入多輸出(OFDM-MIMO)雷達(dá)對(duì)擴(kuò)展目標(biāo)的檢測(cè)性能且具有較好的抗雜波穩(wěn)健

5、性;考慮到OFDM信號(hào)的高PAPR特性不利于實(shí)際工程應(yīng)用，進(jìn)一步提出了改進(jìn)的交替迭代算法用于自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)隨機(jī)相位編碼發(fā)射波形。該算法在基于已知接收濾波器優(yōu)化相位編碼信號(hào)的問(wèn)題上，采用半正定松弛將優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為凸問(wèn)題，之后結(jié)合經(jīng)典對(duì)分法與高斯隨機(jī)算法求得原優(yōu)化問(wèn)題的近似最優(yōu)解。設(shè)計(jì)得到的波形可進(jìn)一步提高M(jìn)IMO雷達(dá)的濾波器輸出信雜噪比(SCNR)，改善檢測(cè)性能，且波形包絡(luò)恒定，更具有工程適用性。
　　 (3)針對(duì)寬帶、超寬帶雷達(dá)

6、所面臨的同頻窄帶干擾抑制問(wèn)題，進(jìn)行了稀疏頻譜波形(SFW)自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。提出了自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)低距離旁瓣SFW的隨機(jī)相位編碼方法。通過(guò)使波形功率譜密度(PSD)與期望PSD相匹配，優(yōu)化波形的同頻窄帶干擾對(duì)抗性能。通過(guò)最小化波形自相關(guān)函數(shù)的積分旁瓣電平降低波形的距離旁瓣，基于Pareto優(yōu)化理論，建立聯(lián)合優(yōu)化二者的目標(biāo)函數(shù)，并給出基于快速傅里葉變換的循環(huán)迭代算法進(jìn)行求解。所提波形優(yōu)化方法計(jì)算復(fù)雜度低，易于工程實(shí)現(xiàn)，且靈活性較強(qiáng)。所優(yōu)化

7、波形的陷波性能和距離旁瓣性能均獲得進(jìn)一步改善，且可通過(guò)調(diào)節(jié)Pareto權(quán)值均衡二者性能;針對(duì)MIMO雷達(dá)，給出了自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)正交SFW的雙階段交替投影算法。該算法將波形優(yōu)化問(wèn)題分解為最優(yōu)頻譜求解與最優(yōu)波形綜合兩個(gè)子優(yōu)化問(wèn)題依次求解，既可獲得具有一定正交性及稀疏頻譜的相位編碼信號(hào)，也可通過(guò)調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置獲得正交性能和陷波性能進(jìn)一步改善的低PAPR信號(hào)。該算法適用性較強(qiáng)、運(yùn)算量較小、收斂速度快。
　　 (4)針對(duì)MIMO雷達(dá)的距離-