雷達自適應波形優(yōu)化設計研究.pdf

1、雷達發(fā)射波形的選取影響著回波中包含的信息量，與雷達檢測、估計、成像、跟蹤及干擾抑制等方面性能有直接的關系。根據(jù)雷達工作環(huán)境自適應地選擇發(fā)射波形，有利于使雷達以最佳方式從回波中提取更多更準確的目標信息，對于提高雷達的感知能力和適應能力，以及抗干擾能力有重要的理論意義和實用價值，自適應優(yōu)化設計雷達發(fā)射波形近年來已成為國內(nèi)外雷達界的研究熱點。
　　 本文圍繞著改善雷達目標檢測、抗干擾及成像方面的性能展開了發(fā)射波形自適應優(yōu)化設計研究，主

2、要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 (1)為了改善匹配照射下單輸入單輸出(SISO)雷達在加性噪聲中的目標檢測性能，進行了發(fā)射波形自適應優(yōu)化設計研究。推導了匹配照射下SISO雷達濾波器輸出信噪比(SNR)的時域向量表達式，結合工作于復高斯白噪聲背景下的正交頻分復用(OFDM)雷達，給出了在降低發(fā)射信號峰均比（PAPR）的約束下提高濾波器輸出SNR的波形自適應優(yōu)化設計方法。該方法采用凸優(yōu)化算法求得近似最優(yōu)OFDM信號子載波調制系數(shù)

3、向量，所優(yōu)化發(fā)射波形的檢測性能接近最優(yōu)匹配照射調制信號，同時其PAPR接近0dB，達到檢測性能與PAPR性能的綜合改善;結合工作于加性有色噪聲背景下的SISO雷達，給出了目標信號子空間加權的波形自適應優(yōu)化設計方法，該方法在提高SISO雷達濾波器輸出SNR的同時，降低發(fā)射波形的PAPR和距離旁瓣，設計得到的波形可增強雷達系統(tǒng)對有色噪聲的抑制能力，同時有利于降低系統(tǒng)設備復雜度，充分利用發(fā)射功率以及降低微弱目標被掩蓋的幾率。
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4、2)為了改善匹配照射下多輸入多輸出(MIMO)雷達在雜波及復高斯白噪聲中的目標檢測性能，進行了發(fā)射波形自適應優(yōu)化設計研究。利用OFDM信號的頻率分集特性，將其用于共址MIMO雷達，每個陣元發(fā)射一個子載波信號，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)化子載波調制系數(shù)向量和濾波器系數(shù)向量的方法。該方法運算量小，收斂速度快，所優(yōu)化波形可有效改善正交頻分復用-多輸入多輸出(OFDM-MIMO)雷達對擴展目標的檢測性能且具有較好的抗雜波穩(wěn)健

5、性;考慮到OFDM信號的高PAPR特性不利于實際工程應用，進一步提出了改進的交替迭代算法用于自適應優(yōu)化設計隨機相位編碼發(fā)射波形。該算法在基于已知接收濾波器優(yōu)化相位編碼信號的問題上，采用半正定松弛將優(yōu)化問題轉換為凸問題，之后結合經(jīng)典對分法與高斯隨機算法求得原優(yōu)化問題的近似最優(yōu)解。設計得到的波形可進一步提高MIMO雷達的濾波器輸出信雜噪比(SCNR)，改善檢測性能，且波形包絡恒定，更具有工程適用性。
　　 (3)針對寬帶、超寬帶雷達

6、所面臨的同頻窄帶干擾抑制問題，進行了稀疏頻譜波形(SFW)自適應優(yōu)化設計研究。提出了自適應優(yōu)化設計低距離旁瓣SFW的隨機相位編碼方法。通過使波形功率譜密度(PSD)與期望PSD相匹配，優(yōu)化波形的同頻窄帶干擾對抗性能。通過最小化波形自相關函數(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)化二者的目標函數(shù)，并給出基于快速傅里葉變換的循環(huán)迭代算法進行求解。所提波形優(yōu)化方法計算復雜度低，易于工程實現(xiàn)，且靈活性較強。所優(yōu)化

7、波形的陷波性能和距離旁瓣性能均獲得進一步改善，且可通過調節(jié)Pareto權值均衡二者性能;針對MIMO雷達，給出了自適應優(yōu)化設計正交SFW的雙階段交替投影算法。該算法將波形優(yōu)化問題分解為最優(yōu)頻譜求解與最優(yōu)波形綜合兩個子優(yōu)化問題依次求解，既可獲得具有一定正交性及稀疏頻譜的相位編碼信號，也可通過調節(jié)參數(shù)設置獲得正交性能和陷波性能進一步改善的低PAPR信號。該算法適用性較強、運算量較小、收斂速度快。
　　 (4)針對MIMO雷達的距離-