提高MIMO雷达检测和参数估计性能的波形设计

针对目前多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)雷达中通常基于某一种而不是整体性能的波形优化问题,提出一种提高MIMO雷达检测和参数估计性能的波形优化方法。该方法基于提高检测概率、降低参数估计方差及抑制旁瓣3种性能约束优化发射波形相关矩阵(waveform covariance matrix, WCM)。首先推导了检测概率及克拉美罗界(Cramer-Rao bound, CRB)的等价表达式,而后联合最大化主旁瓣差约束,并对各约束条件加权,从而得到可灵活调整加权系数以满足实际应用中不同需要的波形优化问题。此波形优化问题可表示为线性规划问题,因而可高效求解。仿真实验对3种约束条件对雷达性能的影响进行了详细分析,实验结果验证了所提方法的有效性。     

基于虚拟孔径投影的共形阵MIMO雷达发射波形设计

为了克服共形阵天线单元指向互异带来波形旁瓣高的缺点,该文以圆弧阵为例,提出一种基于虚拟孔径投影的共形阵多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)雷达发射波形设计方法。该方法首先对各阵元指向进行精确建模,并通过共形阵虚拟投影方法,获得规则虚拟投影阵列;其次向量化发射信号矩阵,将发射波形设计问题转为发射信号协方差矩阵降秩问题;最后通过log det heuristic 算法获得针对该虚拟阵列波形设计的凸优化数学模型,并利用凸优化工具箱对其求解。仿真结果表明,相较于现有方法,该方法能够对共形阵MIMO雷达设计更低旁瓣的发射波形。     

基于高分辨距离像的MIMO雷达波形设计

波形设计关系到多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达目标检测和参数估计的性能,设计与目标高分辨距离像相匹配的发射波形可以提高雷达目标探测效果。在建立单站MIMO雷达模型的基础上,以最大化系统输出信号与干扰噪声比为准则,研究了波形设计的目标函数和约束条件,并在推导目标函数相位梯度的基础上提出了一种相位域恒模共轭梯度算法来解决该波形设计问题。仿真实验表明,由该算法设计的MIMO雷达相位编码信号可以在多次迭代后逼近理论最优波形的性能,该算法具有收敛速度快、性能稳定、运算量低的特点。     

基于双阶段互信息准则的多目标检测波形设计

在有限信噪比情况下,雷达对多目标的检测性能受限于参数估计精度和发射脉冲积累,而波形设计为雷达性能提升提供了自由度。本文以信噪比为约束条件,以假设概率与设计波形的加权和迭代波形发射,分阶段提出了基于单假设互信息最大化、基于多假设间互信息最小化的波形优化方法,实现了提升参数估计精度与降低发射脉冲次数的均衡处理。仿真验证了目标参数估计精度与目标检测性能间呈正相关关系,结果表明,基于双阶段互信息准则设计的波形能够快速检测多目标方位,提升目标检测性能。     

基于混沌序列的MIMO雷达互补相位编码波形设计

多发多收(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达使用相互正交的波形作为发射波形。用混沌序列可以在短时间内产生任意数量、任意长度的正交混沌相位编码波形。由于互相关和自相关旁瓣的影响,混沌相位编码波形作为发射信号时的脉冲压缩输出具有较高的距离旁瓣。提出一种通过遗传算法联合迭代算法,搜索设计混沌相位编码发射波形的最优互补波形的方法,使得这种互补发射结构能够有效地抑制高脉冲压缩输出距离旁瓣,从而提高MIMO雷达的目标检测性能,特别是对相邻弱小目标的检测性能。仿真部分基于4种常用混沌序列,与相关文献中波形进行比较,证明了该方法的有效性。     

宽带MIMO雷达频率不变发射方向图快速综合方法

多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）雷达的波形分集能力带来了灵活的发射波束方向图设计方法。针对均匀线阵提出了一种基于频率不变波束形成法快速综合宽带MIMO雷达发射方向图的方法,该方法利用频率不变波束形成法求解宽带MIMO雷达发射波形的频谱,采用交替矩阵匹配法设计恒模的发射波形。与基于两级迭代的宽带方向图综合方法（wideband beampattern formation via iterative techniques, WBFIT）相比,该方法无需矩阵求逆且迭代次数明显减少,大大降低了计算复杂度。计算机仿真结果表明,该方法具有与WBFIT法相近的宽带方向图综合性能,计算时间只有WBFIT方法的10％左右。     

分布式MIMO体制天波超视距雷达仿真系统

针对电离层动态性对天波超视距雷达检测概率和探测精度的影响，构建了一种基于分布式多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)体制的完整天波超视距雷达仿真系统。通过搭建模块化仿真框架和可视化展示界面，集成电离层数据接口，实现信号发射、电离层反射、信号接收、信号处理和目标检测的功能。最后对雷达系统探测性能进行评估，利用仿真实例验证了整体雷达仿真系统的可行性。该系统的实现对于分布式MIMO天波超视距雷达的性能评估、布站优化、装备发展论证具有一定的工程指导意义。     

利用空时二维编码抑制MIMO雷达波形互相关能量

分析了常规时域编码信号用于多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达发射信号无法获得良好的波形分集性能.提出了将空时二维编码技术用于MIMO雷达发射波形设计,理论分析得出该技术能有效抑制波形的互相关能量,提高回波信号的信杂比,可获得良好的波形分集性能,并分析了空时编码技术...     

认知MIMO雷达发射波形与接收滤波器联合优化设计方法

为了突破传统雷达的性能瓶颈，具有发射端自适应机制的认知雷达成为了研究热点，其中发射波形优化设计是认知雷达的核心组成。为了提升机载平台下对运动目标的检测能力，考虑了多输入多输出雷达中发射波形与接收滤波器的联合设计问题，并使用交替优化方法进行求解。在求解最优接收滤波器时，优化问题被建模为经典的广义瑞利熵问题，对此使用最小方差无失真响应方法进行求解以避免特征值分解运算。在设计最优发射波形时，在最大化信杂噪比的准则下建立目标函数，并引入工程常用的恒模约束条件，最终将波形设计问题建模成一个非凸的优化问题。对此，经典的求解方法是先使用近似手段松弛恒模约束，然后使用Charnes-Cooper变换进行求解。区别于经典方法，提出一种基于信杂噪比近似的优化算法以减少计算复杂度。实验结果表明，所提方法不仅具有更快的收敛速度，还可以实现更优的信杂噪比增益性能。     

基于张量稀疏恢复的MIMO雷达杂波抑制方法

多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达发射波形的自相关和互相关旁瓣会严重影响动目标检测性能。针对这一问题,文中分析了波形自相关和互相关在杂波抑制过程中对动目标检测的影响,提出了一种基于张量稀疏恢复的杂波抑制方法。通过对杂波谱重构,有效消除波形非正交对MIMO雷达杂波抑制产生的影响。进一步利用雷达参数和环境动态数据库,计算杂波脊的先验位置。在杂波谱重构中加入先验杂波位置约束,有效地减少由压缩感知算法产生的杂波伪峰。仿真分析表明该方法在小样本情况下能有效抑制杂波,且计算复杂度低。     

Phased MIMO雷达恒模正交波形优化设计 Phased-MIMO雷达恒模正交波形优化设计

由于受到发射机功率和波形能量的限制,现代雷达系统一般选择恒模波形来实现发射功率的最大化利用。针对Phased MIMO雷达子阵单元之间的恒模正交波形优化设计问题,基于矩阵谱逼近的思想,本文提出了一种新的波形设计框架。首先假设输出信干比的需求得到划分的子阵数目,根据最大信噪比准则对子阵单元进行波束形成,提高了雷达系统的抗干扰性能,其次采用迭代矩阵谱逼近算法(iterative matrix spectral approximation algorithm, IMSAA)对子阵单元之间的正交波形进行优化设计,相对于multi-CAN算法,该算法能够获得更好的相关性能,而且运算效率较高,最终实现了恒模波形的优化设计。仿真结果证明了算法的有效性。     

近区低旁瓣的OFDM MIMO雷达波形设计

雷达系统在临近目标分辨中存在近区旁瓣过高的问题,导致了弱目标淹没、临近目标回波主旁瓣混叠等现象。针对这一问题,该文提出了一种抑制近区距离旁瓣的正交频分复用(orthogonalfrequency division multiplexing, OFDM) 多输入多输出雷达波形设计方法。首先,构造一组基于相位编码调制的OFDM发射波形集,在此基础上,以极小化极大原理和近区积分旁瓣水平建立目标函数,令发射波形恒模为约束条件;然后,借助发射波形与相位的对应关系,将波形设计转化为无约束优化问题,并利用Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno算法求解。理论分析和仿真结果表明,该文方法较现有方法具有更好的近区旁瓣抑制特性和更低的运算复杂度。     

基于序列线性规划的雷达低峰均比估计波形设计

在信号相关杂波背景下,现有方法大部分均基于频域进行雷达估计波形设计,这将引起相位信息的缺失从而导致波形变换到时域后性能降低。针对上述问题,同时兼顾放大器的非线性特性,提出了一种基于时域的低峰均比(peak to average power ratio, PAR)估计波形设计方法。首先,根据最大互信息准则在时域上构建了优化问题模型;然后,基于序列线性规划思想,将非凸的优化问题松弛为凸问题,并求得波形矩阵的近似解;最后,对该波形矩阵解进行逼近,使得新的波形矩阵满足Toeplitz结构,进而提取出波形向量解。仿真结果表明,与现有方法相比,本文方法在不增加运算量的前提下具有更好的估计性能。     

基于压缩感知的米波雷达低空测角算法

为解决多径环境下米波雷达对低空目标探测问题,本文结合信号空域稀疏性和多径模型下的复合导向矢量提出了一种多径环境下高分辨的低空测角方法,能够有效地克服多径效应问题。该方法首先利用多径模型下的先验信息产生复合导向矢量,然后利用该导向矢量构造压缩感知矩阵,此时的感知矩阵是整合了多径衰减系数和回波角度关系等先验信息,同时通过对多快拍数据矩阵的奇异值分解获得较高信噪比的信号数据矩阵,继而利用感知矩阵和信号数据矩阵建立最优化L1范数约束求解模型,最后利用凸优化工具求解稀疏空间谱,估计直达波和反射波入射角度值。该方法能够增强信息矢量稀疏性,在较低信噪比下可获得高分辨的角度估计性能。仿真实验证明了该方法的优越性。     

基于GASA算法的DFCW-LFM波形设计

离散频率编码波形是一类常用的多输入多输出雷达波形,加入线性调频能够改善其自相关性能。将基于遗传算法和模拟退火的混合算法用于离散频率编码线性调频(discrete frequency coding waveform linear frequency modulation, DFCW-LFM)波形的优化设计,仿真结果表明,用该优化算法得到的信号其相关性能要优于现有方法。另外,提出了一种改进的DFCW-LFM波形设计方法。该方法在DFCW-LFM波形的基础上,对频率编码子脉冲同时进行相位编码,构成DFCW-LFM和相位编码的混合波形,并采用混合算法对其进行优化设计。仿真结果表明,和已有的DFCW-LFM波形相比,所设计混合波形的相关性能得到了进一步改善。     

基于协方差矩阵重构的单基地MIMO阵列无网格DOA估计方法

提出了一种单基地多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)阵列中的协方差矩阵重构的无网格波达方向(direction-of-arrival, DOA)估计方法。该方法通过降维处理将MIMO阵列等效为信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)提升的均匀线列阵,将目标方位估计问题转化为混合范数最小化(mixed norm minimization, MixNM)稀疏信号重构问题。进一步给出了与该稀疏重构问题等价的基于网格的凸优化问题,并模型化为半定规划来求解。为了解决网格大小影响估计性能的问题,利用了等价均匀线列阵的托普利兹结构,模型化为半定规划问题来重构无噪声协方差矩阵,最后通过范德蒙分解来估计目标方位。与传统的基于MixNM方位估计方法相比,该方法减少了优化变量个数。与其他离网格方法相比,该方法估计精度不受网格大小的影响,且能够估计相干源目标。实验仿真验证了该方法的有效性。     

基于不完全信道信息的MIMO双向中继系统线性预编码算法#br#

针对配置两个通信节点的多输入多输出双向中继系统,提出一种基于不完全信道状态信息的预编码设计方案,该方案综合考虑信道估计误差与信道反馈延迟的情况。在中继发射功率受限的条件下,以最小均方误差为准则设计以预编码矩阵为变量的优化问题,提出矩阵分解和联合迭代两种线性预编码算法。矩阵分解法通过矩阵分解推导得到中继矩阵的闭式解;联合迭代法利用迭代算法交替迭代来联合优化预编码矩阵和接收端处理矩阵,直到算法收敛数。仿真结果表明,随着信噪比由0到25 dB逐渐增大,与现有方案相比,矩阵分解法能有效地降低系统的误比特率,联合迭代法能获得最佳的系统性能提升。