稀疏阵雷达正交波形设计与角度估计研究

摘要

多输入多输出（MIMO）雷达是近几年发展起来的一种新体制雷达，是目前雷达界研究的热点，有着广泛的应用前景。最初的共址MIMO雷达阵列模型一般为均匀布阵，阵列结构复杂且造价高昂。为降低系统复杂度和获得更高的分辨力，稀疏阵列逐步被MIMO雷达所采用。随着研究工作的展开，波形设计、目标检测、参数估计等成为了MIMO雷达的重点研究领域。本文主要以非均匀稀疏阵共址MIMO雷达为研究对象，围绕其波形设计和角度估计等展开研究，主要内容如下:
　　 分析了均匀布阵MIMO雷达的信号模型，分统计（收发全分集、发射分集、接收分集）MIMO雷达和共址MIMO雷达讨论。在分析稀疏阵列的方向图和虚拟阵元技术的基础上，给出了稀疏阵MIMO雷达的信号模型。
　　 设计了MIMO雷达相位编码信号和正交多频信号。着重对多相编码信号和正交频分复用(OFDM)相位编码信号运用遗传算法进行正交优化，提出了具体的优化准则。对正交频分线性调频(OFD-LFM)信号的模糊函数和互模糊函数进行分析，得出了其设计参数与互相关输出之间的关系。
　　 在稀疏阵MIMO雷达信号模型的基础上，探讨了运用Capon算法和MUSIC算法实现波离方向角(DOD)和波达方向角(DOA)的联合估计问题，并与均匀密集阵MIMO雷达信号模型下的角度估计进行比较。仿真结果表明，两种算法均可用于单目标和多目标的角度估计，而MUSIC算法对邻近目标的分辨能力要优于Capon算法，运算时间却比Capon算法长;使用相同算法时与均匀密集阵的MIMO雷达相比，非均匀稀疏阵MIMO雷达下邻近目标的分辨能力更强，但空间谱图的起伏却更为明显。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状与发展

1．2．1 阵列天线在雷达中的发展

1．2．2 MIMO雷达研究现状与发展

1．3 论文的研究内容与结构安排

2 稀疏阵MIMO雷达原理

2．1 引言

2．2 MIMO雷达信号模型

2．2．1 收发全分集统计MIMO雷达

2．2．2 发射分集统计MIMO雷达

2．2．3 接收分集统计MIMO雷达

2．2．4 共址MIMO雷达

2．3 稀疏阵列MIMO雷达

2．3．1 稀疏阵列概念

2．3．2 虚拟阵元技术

2．3．3 稀疏阵列MIMO雷达信号模型

2．4 稀疏阵MIMO雷达波形设计概述

2．4．1 正交波形优点

2．4．2 正交波形设计准则

2．5 本章小结

3 稀疏阵MIMO雷达相位编码信号设计

3．1 引言

3．2 二相编码信号

3．2．1 巴克码

3．2．2 m序列

3．2．3 Gold序列

3．3 正交多相编码的优化设计

3．3．1 多相编码信号

3．3．2 正交多相编码的遗传算法优化

3．3．3 计算机仿真

3．4 相位编码MIMO雷达多普勒敏感问题

3．5 本章小结

4 稀疏阵MIMO雷达正交多频信号设计

4．1 引言

4．2 正交频分线性调频信号设计

4．2．1 OFD-LFM信号

4．2．2 OFD-LFM信号性能分析

4．2．3 计算机仿真

4．3 OFDM相位编码信号优化设计

4．3．1 OFDM基本原理

4．3．2 OFDM相位编码信号遗传算法优化

4．3．3 计算机仿真

4．4 本章小结

5 稀疏阵共址MIMO雷达的角度估计方法

5．1 引言

5．2 基于Capon算法的稀疏阵MIMO雷达角度估计

5．2．1 Capon算法

5．2．2 Capon算法在稀疏阵MIMO雷达中的角度估计应用

5．2．3 计算机仿真

5．3 基于MUSIC算法的稀疏阵MIMO雷达角度估计

5．3．1 经典MUSIC算法

5．3．2 MUSIC算法在稀疏阵MIMO雷达中的角度估计应用

5．3．3 计算机仿真

5．4 本章小结

6 结束语

致谢

参考文献