MIMO雷達混沌波形設計及性能分析.pdf

1、受多輸入多輸出(MIMO)通信和綜合脈沖孔徑雷達(SIAR)的啟發(fā),MIMO雷達作為一種新體制雷達,得到了雷達界的廣泛關注和研究。MIMO雷達使用多個發(fā)射天線分別發(fā)射不同的信號,同時使用多個接收天線接收并處理目標回波信號。與傳統(tǒng)雷達相比,正是這種波形分集能力使得MIMO雷達具有更多的優(yōu)勢。波形分集是MIMO雷達的重要特征,波形設計是實現(xiàn)波形分集的重要手段?；诨煦缧盘柕男麦w制雷達是混沌應用于雷達的一個主要方面。代入不同初值,在短時間內(nèi)能

2、夠產(chǎn)生數(shù)量眾多的混沌信號?；煦缧盘柧哂袑Τ跏贾得舾?、類似噪聲的寬頻譜、圖釘型的模糊函數(shù)、尖銳的自相關和近似正交的互相關等特性。
　　本論文圍繞MIMO雷達混沌波形設計展開相關研究,主要包括以下幾個方面:
　　1)提出了混沌離散頻率編碼、混沌二相編碼和混沌四相編碼的MIMO雷達波形設計方法以及選取依據(jù)。對常用的四種離散混沌序列(Tent序列、Logistic序列、Quadratic序列和Bernoulli序列)的自相關和互相關

3、特性進行了研究,給出了混沌序列的相關性與序列長度、自由參數(shù)之間的關系;對使用四種混沌序列調(diào)制所產(chǎn)生的離散頻率編碼波形、二相編碼波形和四相編碼波形的自相關和互相關特性進行了研究,給出了混沌波形的相關性與波形長度、自由參數(shù)之間的關系。以下結論作為選取MIMO雷達混沌波形的依據(jù):Tent和Bernoulli離散頻率編碼波形的相關性較好,是較為理想的MIMO雷達發(fā)射波形;四種混沌二相編碼波形的相關性相似,都是較為理想的MIMO雷達發(fā)射波形;Te

4、nt、Logistic和Quadratic四相編碼波形的相關性較好,且相關性好于二相編碼波形,是較為理想的MIMO雷達發(fā)射波形。
　　2)建立了基于混沌離散頻率編碼波形和混沌相位編碼波形的MIMO雷達多脈沖壓縮累積信號處理模型。對混沌波形的自相關旁瓣和互相關的統(tǒng)計功率峰值進行推導:取不同的波形長度N時,自相關旁瓣和互相關的統(tǒng)計功率峰值近似為1N;對不同初始值所產(chǎn)生的混沌波形的自相關旁瓣之間的相關性、互相關之間的相關性進行了研究并得

5、到以下結論:不同初始值所產(chǎn)生的混沌波形的自相關旁瓣之間是不相關的,同時,不同初始值所產(chǎn)生的混沌波形的互相關之間也是不相關的;基于上述相關性結論,建立了基于混沌離散頻率編碼波形和混沌相位編碼波形的MIMO雷達多脈沖壓縮累積信號處理模型。使用多脈沖壓縮累積能夠有效降低混沌波形的自相關旁瓣和互相關。
　　3)提出了用混沌離散頻率編碼波形提高MIMO雷達目標檢測性能的方法。根據(jù)混沌離散頻率編碼波形的相關性與波形長度、自由參數(shù)之間的關系,設

6、計并選取較長的且具有較好自相關和互相關特性的Tent離散頻率編碼波形。在雜波和噪聲背景下,脈壓輸出具有較低的旁瓣峰值,從而提高MIMO雷達對點目標的檢測性能,但相同方法卻不能提高MIMO雷達對相鄰弱小目標的檢測性能。通過多脈沖壓縮累積的方法,基于Tent離散頻率編碼波形的MIMO雷達信號處理模型,降低混沌波形的自相關旁瓣和互相關,使輸出結果具有較低的旁瓣峰值,從而提高MIMO雷達對點目標的檢測性能。特別在相鄰弱小目標場景中,由于采用了多

7、脈沖壓縮累積的處理方法,強目標回波的旁瓣并不會掩蓋弱目標回波的主瓣,從而提高了系統(tǒng)對相鄰弱小目標的檢測能力。
　　4)提出了用混沌相位編碼波形提高MIMO雷達目標檢測性能的方法。在雜波和噪聲背景下,根據(jù)混沌相位編碼波形的相關性與波形長度、自由參數(shù)之間的關系,設計并選取Tent相位編碼波形。由于較長的混沌相位編碼波形具有較好的相關性,此時脈壓輸出具有較低的旁瓣峰值,從而提高MIMO雷達對點目標的檢測性能。同時,此方法對相鄰弱小目標檢