MIMO雷達(dá)混沌波形設(shè)計(jì)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(dá)(SIAR)的啟發(fā),MIMO雷達(dá)作為一種新體制雷達(dá),得到了雷達(dá)界的廣泛關(guān)注和研究。MIMO雷達(dá)使用多個(gè)發(fā)射天線分別發(fā)射不同的信號(hào),同時(shí)使用多個(gè)接收天線接收并處理目標(biāo)回波信號(hào)。與傳統(tǒng)雷達(dá)相比,正是這種波形分集能力使得MIMO雷達(dá)具有更多的優(yōu)勢(shì)。波形分集是MIMO雷達(dá)的重要特征,波形設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)波形分集的重要手段。基于混沌信號(hào)的新體制雷達(dá)是混沌應(yīng)用于雷達(dá)的一個(gè)主要方面。代入不同初值,在短時(shí)間內(nèi)能

2、夠產(chǎn)生數(shù)量眾多的混沌信號(hào)?；煦缧盘?hào)具有對(duì)初始值敏感、類(lèi)似噪聲的寬頻譜、圖釘型的模糊函數(shù)、尖銳的自相關(guān)和近似正交的互相關(guān)等特性。
　　本論文圍繞MIMO雷達(dá)混沌波形設(shè)計(jì)展開(kāi)相關(guān)研究,主要包括以下幾個(gè)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(dá)波形設(shè)計(jì)方法以及選取依據(jù)。對(duì)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(guān)和互相關(guān)

3、特性進(jìn)行了研究,給出了混沌序列的相關(guān)性與序列長(zhǎng)度、自由參數(shù)之間的關(guān)系;對(duì)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(guān)和互相關(guān)特性進(jìn)行了研究,給出了混沌波形的相關(guān)性與波形長(zhǎng)度、自由參數(shù)之間的關(guān)系。以下結(jié)論作為選取MIMO雷達(dá)混沌波形的依據(jù):Tent和Bernoulli離散頻率編碼波形的相關(guān)性較好,是較為理想的MIMO雷達(dá)發(fā)射波形;四種混沌二相編碼波形的相關(guān)性相似,都是較為理想的MIMO雷達(dá)發(fā)射波形;Te

4、nt、Logistic和Quadratic四相編碼波形的相關(guān)性較好,且相關(guān)性好于二相編碼波形,是較為理想的MIMO雷達(dá)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(dá)多脈沖壓縮累積信號(hào)處理模型。對(duì)混沌波形的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)的統(tǒng)計(jì)功率峰值進(jìn)行推導(dǎo):取不同的波形長(zhǎng)度N時(shí),自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)的統(tǒng)計(jì)功率峰值近似為1N;對(duì)不同初始值所產(chǎn)生的混沌波形的自相關(guān)旁瓣之間的相關(guān)性、互相關(guān)之間的相關(guān)性進(jìn)行了研究并得

5、到以下結(jié)論:不同初始值所產(chǎn)生的混沌波形的自相關(guān)旁瓣之間是不相關(guān)的,同時(shí),不同初始值所產(chǎn)生的混沌波形的互相關(guān)之間也是不相關(guān)的;基于上述相關(guān)性結(jié)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(dá)多脈沖壓縮累積信號(hào)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(guān)旁瓣和互相關(guān)。
　　3)提出了用混沌離散頻率編碼波形提高M(jìn)IMO雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)性能的方法。根據(jù)混沌離散頻率編碼波形的相關(guān)性與波形長(zhǎng)度、自由參數(shù)之間的關(guān)系,設(shè)

6、計(jì)并選取較長(zhǎng)的且具有較好自相關(guān)和互相關(guān)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M(jìn)IMO雷達(dá)對(duì)點(diǎn)目標(biāo)的檢測(cè)性能,但相同方法卻不能提高M(jìn)IMO雷達(dá)對(duì)相鄰弱小目標(biāo)的檢測(cè)性能。通過(guò)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(dá)信號(hào)處理模型,降低混沌波形的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān),使輸出結(jié)果具有較低的旁瓣峰值,從而提高M(jìn)IMO雷達(dá)對(duì)點(diǎn)目標(biāo)的檢測(cè)性能。特別在相鄰弱小目標(biāo)場(chǎng)景中,由于采用了多

7、脈沖壓縮累積的處理方法,強(qiáng)目標(biāo)回波的旁瓣并不會(huì)掩蓋弱目標(biāo)回波的主瓣,從而提高了系統(tǒng)對(duì)相鄰弱小目標(biāo)的檢測(cè)能力。
　　4)提出了用混沌相位編碼波形提高M(jìn)IMO雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)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(guān)性與波形長(zhǎng)度、自由參數(shù)之間的關(guān)系,設(shè)計(jì)并選取Tent相位編碼波形。由于較長(zhǎng)的混沌相位編碼波形具有較好的相關(guān)性,此時(shí)脈壓輸出具有較低的旁瓣峰值,從而提高M(jìn)IMO雷達(dá)對(duì)點(diǎn)目標(biāo)的檢測(cè)性能。同時(shí),此方法對(duì)相鄰弱小目標(biāo)檢