超寬帶MIMO雷達自適應波形設計.pdf

1、超寬帶多輸入多輸出(Ultra-wideband Multiple-input Multiple-output，UWB-MIMO)雷達是近幾年提出的一種新體制雷達，其很好的融合了超寬帶技術與MIMO技術，使雷達具備了超高分辨能力與成像能力，但是同時也給雷達信號處理，特別是雷達信號的智能化設計與處理，帶來了巨大的挑戰(zhàn)。認知雷達被認為是雷達發(fā)展的重要方向，而自適應波形設計則是認知雷達研究的基礎與重點。因為波形具有自適應性，從根本上改變了傳統(tǒng)

2、雷達被動的信息處理方式，能夠大幅度提高雷達系統(tǒng)的性能與環(huán)境適應能力，是雷達實現智能化的重要途徑之一，具有極為重要的理論研究與應用價值。本課題以超寬帶MIMO雷達作為研究背景，從波形自適應設計的角度出發(fā)，以抑制干擾、提高目標檢測與信息獲取能力為目的，對自適應波形設計進行了深入的研究。論文主要工作如下:
　　1)針對超寬帶MIMO雷達的應用背景，分別構建了全分集和發(fā)射分集的兩類UWB-MIMO雷達系統(tǒng)模型。根據構建的模型，研究了不同的

3、天線架構及信號處理方法對雷達輸出信噪比與檢測概率的影響。研究結果表明當回波信噪比（信雜噪比）較低時，發(fā)射分集式的天線架構更有利于檢測目標與抑制雜波干擾。為后續(xù)基于超寬帶MIMO雷達的自適應設計提供了研究基礎。
　　2)基于編隊雷達同頻干擾抑制需求，研究了基于多種調制方式的超寬帶脈沖壓縮雷達正交波形的設計方法，提出了一種基于子脈沖跳時和調頻的復合調制正交波形設計方法。該方法利用混沌序列和Costas序列的類隨機性，可以產生大量具有優(yōu)

4、異正交性能的發(fā)射波形，避免了復雜的尋優(yōu)過程，降低了系統(tǒng)復雜度。所設計的雙調制發(fā)射信號具有較低的自相關旁瓣峰值和互相關峰值，有利于改善雷達的目標測量精度和降低回波間的干擾。通過與常規(guī)正交波形（如:正交相位編碼波形、正交頻率編碼波形）的比較仿真驗證了其優(yōu)越性。
　　3)針對雷達工作環(huán)境的時變特征，基于信息理論，分別以最大化目標回波信號與雜波信號間的互信息值和最小化連續(xù)時刻回波信號互信息值為設計準則，研究了雜波與噪聲背景下的超寬帶MIM

5、O雷達自適應波形設計方法。該方法的實現基于發(fā)射分集的天線架構，根據目標先驗角度信息，采用接收端波束形成技術，分別得到來自目標與雜波的回波信號。并以此計算相應互信息值，根據設計準則，得到最優(yōu)化發(fā)射信號。與傳統(tǒng)基于信息理論的波形設計方法相比，利用該方法設計得到的發(fā)射信號能夠更加有效的抑制雜波信號，提高目標信息獲取量。
　　4)在同樣的時變背景下，基于目標檢測理論，提出了一種以最優(yōu)化檢測為準則的自適應波形設計方法。該方法將包含雜波與噪聲

6、的接收信號看作是一個滿足多元分布的Dirichlet混合模型。通過Dirichlet過程混合模型簇分離算法，對信號中包含的不同目標進行分離與參數識別。在此基礎上對發(fā)射信號的能量進行了優(yōu)化分配，將能量集中在目標與雜波頻域響應間差異最大的頻段內，以獲得最大的SCNR（信雜噪比）與目標檢測概率。通過該方法可以根據環(huán)境的變化，利用了超寬帶信號頻率成分的豐富性，自適應的調整發(fā)射信號，達到抑制雜波干擾，優(yōu)化檢測性能的目的。理論分析和仿真實驗均驗證了