极化雷达发射波形和接收滤波器联合优化新方法

波形优化可有效抑制干扰和噪声,显著改善雷达性能。以极化雷达为研究对象,最大化滤波器输出信杂噪比为优化目标,发射波形能量约束为条件,构建了波形和接收滤波器的联合优化问题。对该非凸优化问题,提出了一种发射波形和接收滤波器迭代优化算法,该方法确保目标函数随迭代过程的单调递增和收敛性。实验证实了提出方法的有效性,以及相对现有方法的优势。     

多目标跟踪下的分布式MIMO雷达资源联合优化算法

针对现有分布式MIMO雷达资源联合分配多集中于发射端阵元与功率的分配,未同时考虑接收阵元的优化,且缺乏对任意雷达布阵形势下系统跟踪能力和资源需求量估算等问题,提出多目标跟踪下的分布式MIMO雷达资源联合优化算法。首先,计算多目标位置误差的最大值,以最小化该最大值为目标函数;其次,在发射和接收阵元总数量有限、发射总功率给定的条件下,建立收发阵元选取与功率分配联合的资源优化模型;然后,结合启发式搜索算法和连续参数凸近似算法,采用循环最小化的方式对该问题进行求解;最后,在给定大小的实验环境中,对目标运动轨迹确定和随机两种场景进行实验。实验结果表明,系统发射总功率一定时,选取的发射阵元个数要明显少于接收阵元个数。相比于现有MIMO雷达资源分配研究,所提算法能够估算出在任意雷达布阵形势下系统的最低目标跟踪精度、个数和相应的最少资源需求量,对雷达系统的结构设计和资源储备具有一定的参考价值。     

基于凸优化的自适应子载波调制OFDM雷达波形优化设计

为解决正交频分复用(OFDM)雷达的发射-接收联合优化问题,提出了基于凸优化的自适应子载波调制的波形优化方法。针对高距离分辨目标检测,给出基于最优匹配照射的子载波调制OFDM雷达系统模型。建立在OFDM信号峰均比(PAPR)约束下最大化匹配滤波器输出信噪比(SNR)的目标函数,将其转化为二阶规划标准形式并采用凸优化算法进行求解,优化发射波形。仿真结果表明基于凸优化方法的自适应子载波调制OFDM雷达信号波形的SNR为30.1 dB,PAPR为0.8 dB。SNR受到3.7 dB的损失,但大大降低了PAPR,实现了信噪比和峰均比之间的良好折中。     

杂波环境下的OFDM MIMO雷达波形设计

为提高杂波环境下的目标检测性能,基于正交频分复用(OFDM)多输入多输出(MIMO)雷达的波形和频率分集,提出了一种联合优化发射波形和接收滤波器的方法.首先以各天线发射功率和发射波形功率峰均比(PAPR)为约束条件,最大化输出信杂噪比(SCNR)为目标函数建立优化模型.然后利用循环迭代将优化问题分为两部分,并通过拉格朗日乘子法、半正定松弛(SDR)、Charnes-Cooper转换和随机化方法,求解得到最优发射波形和接收滤波器权值.仿真结果表明:所提方法的在满足PAPR约束的条件下,输出SCNR与理想波形的差距控制在0.3 d B以内,优于仅设计发射波形的方法和连续二次规划修正法,且PAPR的约束和序列长度变化几乎不影响算法性能.     

一种随机稀布MIMO雷达的旁瓣抑制方法

随机稀布MIMO雷达由于空间阵元的缺失,对回波信号的空间采样严重不足,其合成的发射-接收波束中存在大量高电平旁瓣,影响目标峰值的检测以及掩盖微弱目标。利用随机稀布MIMO雷达所合成的发射-接收波束图中最大幅度所对应的方位角,重构当该方位角上存在目标时的波束旁瓣值;然后在原始归一化发射-接收波束图中对消该重构旁瓣值。如果存在真实目标,可形成低峰值旁瓣的发射-接收波束方向图;反之,最终波束图的峰值主旁瓣比与原始波束图相差不大,表明无目标存在。在发射和接收阵元数较少以及发射信号总带宽较低时能有效抑制随机稀布MIMO雷达的波束旁瓣,仿真结果验证了方法的有效性。     

峰均比约束下机载MIMO雷达频谱共存波形设计

为了进一步增强雷达对地面动目标的检测性能,同时能够实现与通信系统之间的频谱共存,研究了机载多输入多输出(MIMO)雷达在地杂波环境下的频谱共存波形设计问题。首先对波形施加了峰均比(PAR)约束,然后考虑了全局频谱设计和局部频谱设计2种设计方法,最后提出了一种新颖的循环迭代算法,在每次迭代过程中通过凸近似处理将原非凸优化问题转化为可解的凸优化问题,再使用可行点追踪连续凸近似(FPP-SCA)算法直接求出波形的最优解。仿真结果表明:与现有算法对比,该算法具有更快的运算速度,而且能够对波形起到峰均比约束的效果。     

一种优化嵌套MIMO的无孔差合阵列设计

针对现有嵌套MIMO阵列自由度有限的问题,提出一种基于优化嵌套阵的优化改进方案。其不止保留了嵌套MIMO阵列设计的原有优势,具有阵元位置以及自由度的闭合表达式,而且极大程度地提高了阵列孔径以及自由度。优化嵌套MIMO阵列设计首先将优化嵌套阵作为发射和接收阵,其次对MIMO阵列的合阵进行做差处理,得到阵元位置的差合阵列。通过合理的设计发射和接收阵的阵元间距,可以获得一个无孔的差合阵列。当阵元总数给定的时候,通过分析阵列结构的特点,可以得到发射和接收阵的最佳阵元数目。仿真实验表明,与嵌套MIMO阵列设计相比,所提方法在不增加实际阵元数目的情况下可以有效扩展阵列孔径,增加自由度,从而提高MIMO雷达波达方向估计精度。     

宽带MIMO雷达发射方向图合成方法

针对多输入多输出(MIMO)雷达在宽频带内的发射方向图合成问题,提出了一种基于共轭梯度法的宽带发射方向图合成方法.首先,利用发射信号的互谱密度矩阵构造方向图的匹配准则,以各阵元发射功率相等为约束条件,建立优化模型;然后,利用多维球坐标映射方法消去模型中的约束条件,将带约束的优化问题转化为无约束优化;最后,采用共轭梯度法进行模型求解.仿真结果表明:该方法能有效改善发射方向图的频率一致性问题,抑制主瓣和旁瓣的波动幅度,较现有方法具有更好的宽带发射方向图合成性能.     

混合MIMO-相控阵雷达目标高分辨成像

为了兼顾相控阵雷达成像和多输入多输出雷达成像的优势，提出一种基于混合MIMO-相控阵技术的多目标高分辨成像方法。将传统MIMO雷达中的每个单阵元发射天线都用一个工作在混合MIMO-相控阵模式的发射阵列（TA）来代替，每个TA根据目标数量和目标方向划分为多个子阵（SA），每个SA内部阵元工作于相控阵模式并形成指向某个方向目标的发射波束，而各个SA之间发射彼此正交的波形，从而工作在MIMO模式。对各SA的回波信号进行波束形成处理以获得更高的信噪比和信干比增益。在此基础上，结合字典优化、正交匹配追踪和参数化稀疏表征方法，分别提出单次快拍高分辨成像和多次快拍高分辨成像方法。仿真结果表明:所提方法能够获得更好的成像性能和成像实时性。     

用于扩展目标检测的OFDM-MIMO雷达波形设计

为了检测扩展目标,该文提出一种已知统计特性的杂波和噪声背景下提高正交频率分集复用-多输入多输出(OFDM-MIMO)雷达检测性能的波形设计方法.利用扩展目标一维距离像的频率特性,基于匹配照射理论给出了雷达回波向量模型,在此基础上建立最大化检测信杂噪比的目标函数;通过交替迭代搜索获得优化发射波形和最优接收滤波器.仿真结果表明,经调制的OFDM-MIMO雷达发射波形具有稳健的抗杂波性能,可提高检测信杂噪比,改善OFDM-MIMO雷达检测性能.