非準確目標先驗知識MIMO雷達波形優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，MIMO)雷達由于其良好的性能受到了學者的廣泛關注。MIMO雷達具有提高目標檢測性能、提高角度估計準確率及能檢測速率更慢的動目標等諸多優(yōu)勢，在軍事和民事應用中具有廣闊的前景。MIMO雷達通常基于目標和環(huán)境的先驗知識設計波形，而由估計得到的先驗知識不可避免存在誤差，基于此先驗知識得到的優(yōu)化波形的檢測和參數(shù)估計等性能嚴重下降，本文對非準確目標先驗知識MIMO

2、雷達波形優(yōu)化進行了系統(tǒng)的研究，所取得的主要研究成果為:
　　1.目前MIMO雷達中的波形優(yōu)化通?；谀骋环N而不是整體性能，針對該問題，本文提出一種提高MIMO雷達檢測和參數(shù)估計性能的波形優(yōu)化方法。該方法綜合考慮提高檢測概率、降低參數(shù)估計方差及抑制旁瓣三種性能約束優(yōu)化MIMO雷達的發(fā)射波形相關矩陣(waveform covariance matrix，WCM)。首先，本文推導了檢測概率及克拉美-羅界(Cramer-Rao bound

3、，CRB)的等價表達式，然后，聯(lián)合最大化主旁瓣差約束，并對各約束條件分別加權，進而可通過靈活調(diào)整加權系數(shù)以解決實際應用中不同需求的波形優(yōu)化問題。該波形優(yōu)化問題可描述為線性規(guī)劃問題，因而可進行高效求解。仿真實驗中，詳細分析了三種約束條件對雷達性能的影響，實驗結果驗證了所提方法是有效的。
　　2.MIMO雷達通?；谀繕撕铜h(huán)境的先驗知識設計波形，而由估計得到的先驗知識不可避免存在誤差，基于此先驗知識得到的優(yōu)化波形的檢測和參數(shù)估計等性能

4、下降嚴重。針對此問題，本文提出兩種穩(wěn)健波形設計方法，分別提高MIMO雷達的檢測性能和參數(shù)估計性能。在目標位置誤差和通道誤差有界的條件下，分別構造以信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)和CRB為代價函數(shù)的優(yōu)化問題。為最大化SNR和最小化CRB，分別給出迭代算法，交替以發(fā)射波形相關矩陣和通道矩陣誤差為優(yōu)化變量求解，將迭代的每一步轉化為凸優(yōu)化問題，從而在最差情況下提高MIMO雷達系統(tǒng)的檢測性能和參數(shù)估計性能。仿真實驗結果驗證

5、了所提方法能有效改進MIMO雷達的檢測和參數(shù)估計性能。
　　3.傳統(tǒng)MIMO雷達發(fā)射波形設計方法對傳播矩陣誤差敏感，最優(yōu)匹配波形難以得到，進而造成系統(tǒng)的檢測性能嚴重下降。針對該問題，在概率約束條件下，本文提出一種穩(wěn)健的MIMO雷達發(fā)射波形設計方法。該方法考慮最差情況的發(fā)生為小概率事件，基于輸出信噪比低于可接受水平的概率小于中斷概率的約束條件，通過最大化輸出信噪比設計最優(yōu)波形。利用傳播矩陣誤差的概率分布特性，將概率約束轉化為凸約束，

6、從而將統(tǒng)計優(yōu)化問題轉化為確定性優(yōu)化問題。該方法在傳播矩陣存在誤差情況下以高概率實現(xiàn)系統(tǒng)性能最優(yōu)化。仿真結果表明所提方法能夠提高輸出信噪比，具有較好的檢測性能。
　　4.均勻圓陣（uniform circular array, UCA）與MIMO雷達的結合可在不犧牲UCA雷達主要優(yōu)點的同時兼有MIMO雷達的優(yōu)勢。然而，UCA-MIMO雷達的波束形成與距離無關，該特點限制了其抑制特定距離干擾的性能。本文提出頻率分集（frequency