欠定混合模型下MIMO雷达信号盲源分离方法研究

摘要

雷达侦察是现代电子战中军队情报获取的关键手段，作为雷达侦察和对抗系统的关键技术，雷达信号的盲源分离利用不同发射信号之间的独立性特点分离任意数目的混叠雷达脉冲观测信号，为辐射源信号的信号分选和识别提供高精度的前端信息，从而为雷达工作状态和特征参数的判定提供可靠支撑。随着军事工业和科技的高速发展，具有反隐身、高分辨、多径杂波抑制以及抗损毁性能的MIMO雷达作为一种新体制雷达已经成为雷达领域的热点问题。但是，现有的雷达侦察算法只能获取MIMO雷达信号的脉冲流，无法用于提升雷达的干扰及抗干扰性能。针对上述问题，本文将基于时频分析的盲源分离算法引入MIMO雷达信号的侦察中，并重点对欠定条件下的分离方法展开分析，主要内容概括如下:
　　(1)针对三类MIMO雷达信号模型，分析其时域、频域、时频域特征以及相关特性，选取其中最复杂的离散频率编码MIMO雷达信号作为主要研究的对象。离散频率编码MIMO雷达信号不同时隙内的频率不同，在脉内频率随编码序列改变，在时频域中存在稀疏特征。由此提出了一种单源复数辐角主值的检测方法，通过对时频观测信号中孤立点和噪声点的筛选，提高了信号的线性聚类特性。
　　(2)在混合矩阵的估计过程中，针对模糊C均值聚类方法存在的初始聚类中心数目及位置的选取问题，利用数据场中的势能信息对粒子的分布进行分析，提出了一种数据场辅助的模糊C均值聚类中心选取方法，并引入粒子群算法对聚类迭代过程进行改进，可以同时搜索待优化目标函数解空间中的较多区域，从而提升了混合矩阵的估计精度。仿真结果表明了本文提出方法的有效性。
　　(3)在源信号的恢复过程中，首先将基于稀疏模型的L1范数最小化算法用于离散频率编码信号的估计，但是对于稀疏性不强的信号无法达到理论最优值，由此提出了一种基于离散频率编码数目估计的源信号恢复算法，先完成对频率编码数目的估计，再利用新的编码估计策略对各路信号进行估计，从而实现了对信号在波形维度中的准确恢复。通过对平均恢复信噪比和相关特性的仿真对比分析，表明了本文提出算法的优越性。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究的背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1 MIMO雷达发展历程及研究现状

1．2．2 MIMO雷达信号盲源分离的发展及研究现状

1．2．3欠定盲源分离研究现状

1．3本文研究内容及章节安排

第2章盲源分离基础理论与模型分析

2．1引言

2．2盲源分离的数学模型

2．2．1线性瞬时混合模型

2．2．2线性卷积混合模型

2．3 MIMO雷达信号模型

2．3．1单频MIMO雷达信号

2．3．2线性调频MIMO雷达信号

2．3．3离散频率编码MIMO雷达信号

2．4信号的独立成分分析

2．4．1基于信息论的分离准则

2．4．2独立成分分析相关算法

2．5信号的稀疏成分分析

2．5．1稀疏理论

2．5．2稀疏程度的度量

2．5．3稀疏成分分析相关算法

2．6本章小结

第3章欠定盲源分离的混合矩阵估计

3．1引言

3．2基于单源复数辐角主值的检测方法

3．3模糊C均值聚类算法

3．4数据场

3．4．1数据场的概念与性质

3．4．2数据场的势函数

3．4．3影响因子的优选

3．5粒子群优化算法

3．5．1粒子群优化算法的概念

3．5．2参数优选

3．6改进的模糊聚类混合矩阵估计

3．7算法仿真与分析

3．7．1估计误差评价准则

3．7．2实验仿真与分析

3．8本章小节

第4章欠定盲源分离的源信号恢复

4．1引言

4．2基于稀疏模型的源信号恢复

4．2．1欠定线性瞬时混合系统的最优解

4．2．2 L1范数最小化算法

4．3基于离散频率编码数目估计的源信号恢复

4．3．1离散频率编码估计方法存在的问题与改进

4．3．2改进方法的实现步骤

4．4算法仿真及分析

4．4．1估计误差评价准则

4．4．2实验仿真与分析

4．5本章小节

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢