MIMO雷達(dá)相位編碼信號(hào)集設(shè)計(jì).pdf

1、多輸入多輸出（Multiple-Inpult Multiple-Output，MIMO）雷達(dá)具有多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，按照天線之間距離的遠(yuǎn)近，通常將MIMO雷達(dá)分為分布式和集中式兩類。分布式MIMO雷達(dá)的天線間距較大，具有空間分集增益，使雷達(dá)可以從不同角度對(duì)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，從而對(duì)抗目標(biāo)的閃爍效應(yīng)，提高探測(cè)能力；集中式MIMO雷達(dá)的天線間距較小，每個(gè)天線可以獨(dú)立地發(fā)射不同波形，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的波形分集，相比傳統(tǒng)的相控陣?yán)走_(dá)，集中式MIMO雷

2、達(dá)可以提供更多的系統(tǒng)自由度，具有更高的分辨率以及更好的參數(shù)識(shí)別能力。本文以集中式MIMO雷達(dá)為研究對(duì)象，主要研究了其相位編碼信號(hào)集的設(shè)計(jì)問(wèn)題。研究?jī)?nèi)容包括利用GS算法設(shè)計(jì)MIMO雷達(dá)正交相位編碼信號(hào)集、利用代數(shù)方法設(shè)計(jì)MIMO雷達(dá)正交相位編碼信號(hào)集、基于Golay互補(bǔ)序列空時(shí)編碼的MIMO雷達(dá)波形設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)具有多普勒容忍性的完全互補(bǔ)序列?，F(xiàn)將本文的主要研究?jī)?nèi)容概括如下：
　　1.研究了MIMO雷達(dá)正交相位編碼信號(hào)集的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題

3、。針對(duì)現(xiàn)有的MIMO雷達(dá)正交相位編碼信號(hào)集設(shè)計(jì)算法所得信號(hào)集相關(guān)旁瓣較高的問(wèn)題，提出了一種混合Gerchberg-Saxton（GS）算法。該算法由改進(jìn)的GS算法和迭代碼選擇算法兩個(gè)步驟組成。首先將最小化信號(hào)集相關(guān)旁瓣總能量的優(yōu)化問(wèn)題化簡(jiǎn)成低次的較容易求解的問(wèn)題，然后將GS算法從一維擴(kuò)展到多維，并針對(duì)極小化問(wèn)題改進(jìn)了其物面和頻譜面的約束條件，利用改進(jìn)后的GS算法求解該極小化問(wèn)題。再針對(duì)基于信號(hào)集相關(guān)旁瓣峰值的代價(jià)函數(shù)，利用迭代碼選擇算法

4、對(duì)第一步所得結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化，最后得到相關(guān)性能更好的正交信號(hào)集。仿真結(jié)果表明，該方法所設(shè)計(jì)的正交相位編碼信號(hào)集的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)都較低，同時(shí)，優(yōu)化所需的時(shí)間相比已有算法具有一定的優(yōu)勢(shì)。
　　2.針對(duì)正交相位編碼信號(hào)集設(shè)計(jì)中數(shù)值優(yōu)化方法計(jì)算量和存儲(chǔ)量較大，效率較低的問(wèn)題，提出了一種代數(shù)理論設(shè)計(jì)方法。首先利用逆歸約相乘法確定能夠產(chǎn)生序列族F的多項(xiàng)式，然后構(gòu)造以該多項(xiàng)式為特征多項(xiàng)式的線性迭代方程，并利用線性移位寄存器進(jìn)行求解來(lái)獲得序列族

5、，最后將該序列族映射為信號(hào)碼集，從而完成信號(hào)集設(shè)計(jì)。仿真實(shí)驗(yàn)表明該方法所設(shè)計(jì)波形具有良好的非周期自相關(guān)和互相關(guān)性能，并且碼集序列數(shù)量大，相比現(xiàn)有優(yōu)化方法，產(chǎn)生碼集的效率有較大提高，利于工程實(shí)現(xiàn)。
　　3.提出了一種基于Golay互補(bǔ)序列空時(shí)編碼的MIMO雷達(dá)波形設(shè)計(jì)方法。通過(guò)對(duì)Golay互補(bǔ)序列構(gòu)成的脈沖串進(jìn)行空時(shí)編碼來(lái)降低MIMO雷達(dá)各發(fā)射天線所發(fā)射波形之間的時(shí)域互相關(guān)，并利用Golay互補(bǔ)序列的互補(bǔ)性質(zhì)減小自相關(guān)旁瓣，降低了波

6、形脈沖壓縮后的旁瓣；當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)引入多普勒頻移，從而導(dǎo)致所設(shè)計(jì)波形的相關(guān)性能變差，脈沖壓縮性能嚴(yán)重下降，為此通過(guò)零空間向量加權(quán)法對(duì)脈沖壓縮之后的波形進(jìn)行多普勒補(bǔ)償，顯著降低了波形的旁瓣，有利于目標(biāo)的檢測(cè)和后續(xù)處理。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　4.針對(duì)完全互補(bǔ)序列的多普勒敏感性問(wèn)題，提出了一種優(yōu)化方法來(lái)設(shè)計(jì)具有多普勒容忍性的完全互補(bǔ)序列。通過(guò)引入一個(gè)輔助變量，將該設(shè)計(jì)問(wèn)題建模成一個(gè)約束極小化問(wèn)題，并通過(guò)序列二次規(guī)劃算法