基于发射和接收优化设计的认知雷达动目标检测技术研究

摘要

认知雷达（Cognitve Radar，CR）是一种新型的雷达体制，具有学习、理解和推断环境的能力，具备接收机向发射机的持续信息反馈和波形自适应发射能力。自适应发射机，自适应接收机与目标环境构成了认知雷达的动态系统结构。本文首先对认知雷达的知识辅助模块进行了研究，研究了海杂波的幅度分布模型和多普勒谱模型；接着将认知雷达的体制与动目标检测（Moving Target Detecting，MTD）和空时自适应处理（Space-time adaptive processing，STAP）相结合，针对认知 MTD和 STAP雷达中发射和接收优化问题，提出了认知发射和认知接收的优化设计算法；最后通过仿真验证，自适应发射和自适应接收能有效改善接收信号的信杂噪比（Signal to Clutter and Noise Ratio，SCNR），提高动目标检测性能。本文完成的主要工作如下：
　　（1）详细分析了海杂波的幅度分布模型和多普勒谱模型，利用IPIX雷达实测海杂波数据对幅度分布和多普勒特性进行了分析，并且分别对低、高海况数据的幅度分布和多普勒谱模型进行拟合仿真，作为后续认知雷达动目标检测的杂波环境模型。
　　（2）以SCNR为优化设计准则，建立了基于慢时间域脉冲编码的MTD雷达信号模型，针对此模型进行了一系列的简化处理，得到锥约束下的二次型规划（Cone Constrained Quadratic Programming，CCQP）问题；提出了基于简约梯度法（Simplified Gradient Method，SGM）求解脉间编码的算法；最后，与已有的重新设置参数的凸优化算法（Convexification via Reparametrization，CoRe）和直接码设计的循环算法（Cyclic Algorithm for Direct Code Design， CADCODE）进行对比，计算机仿真结果表明：慢时间域编码优化能够有效改善回波的 SCNR为3dB左右，且该算法具有运算量小和实时性能好的特点。
　　（3）建立了认知接收MTD滤波组的信号模型，并采用Lagrange对偶算法求解。将认知接收MTD滤波组与已有的两种自适应MTD滤波器组做对比，仿真结果表明：认知接收MTD滤波组具有凹口深，旁瓣低的特点；用IPIX真实海杂波数据来设计认知接收MTD滤波器组，高于传统加窗的FFT滤波器组输出SCNR为10dB左右，对海杂波具有显著的抑制效果。
　　（4）建立了STAP脉间编码信号模型，在选定目标空时多普勒平面区间，提出了一种基于辅助变量和交替方向的方法结合的脉间编码的优化设计算法。实验结果显示了平行于杂波脊附近的检测器输出SCNR有一定的改善，有利于慢速目标的检测。同时建立了认知STAP接收滤波器的模型，并采用Lagrange对偶算法求解。仿真结果表明：输出信号的SCNR高于传统自适应滤波器的输出，同时认知接收滤波器的输出旁瓣功率低于自适应滤波器，旁瓣抑制性能较好。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1引言

1.2认知雷达的基本概念

1.3国内外研究现状

1.4本文主要工作与安排

第二章 海杂波特性分析

2.1引言

2.2海杂波的幅度分布特性

2.3海杂波多普勒谱模型

2.4McMaster IPIX实测海杂波数据分析

2.5本章小结

第三章 基于脉间编码优化的MTD雷达认知发射技术

3.1引言

3.2 MTD雷达认知发射下的脉间编码优化

3.3仿真结果和分析

3.4本章小结

第四章 基于滤波器组优化的MTD雷达认知接收技术

4.1引言

4.2 MTD滤波器组优化模型

4.3基于Lagrange 对偶算法的MTD滤波器组优化方法

4.4 MTD滤波器组仿真和性能评估

4.5本章小结

第五章 基于发射—接收优化的认知STAP技术

5.1引言

5.2基于脉间编码优化的认知STAP技术

5.3基于二维滤波器组优化的认知STAP技术

5.4本章小结

第六章 结束语

6.1工作总结

6.2未来展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文