MIMO雷达波形设计与发射方向图优化

摘要

多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）雷达在发射端采用多个天线，分别发射不同的信号，在接收端分离出不同发射信号分量的贡献，从而可以利用空间分集增益提高雷达探测能力。相比于传统的相控阵雷达，MIMO雷达具有更多的自由度，因此在参数估计，检测性能上都优于传统的相控阵雷达。
　　波形分集是MIMO雷达区别于传统相控阵雷达的优势所在。MIMO雷达在波形设计上的自由度，也使其便于形成灵活的发射方向图。因此，本文针对 MIMO雷达波形设计和发射方向图优化开展研究，主要工作包括：
　　1.针对MIMO雷达调频信号设计，应用基于驻定相位原理的波形设计方法，完成了非线性调频信号设计；并将非线性调频信号作为MIMO雷达单通道发射波形，给出了MIMO雷达频分非线性调频信号的设计方法；受失配滤波理论的启发，考虑对失配滤波器和调频信号进行迭代优化，实现了超低旁瓣调频信号的优化；并将其应用于MIMO雷达，完成了超低旁瓣频分调频信号设计。
　　2.针对MIMO雷达相位编码信号设计，应用序列二次规划的方法，设计出了具有低自相关旁瓣和互相关峰值，且具有严格正交性的相位编码信号；针对扩展目标匹配输出能量扩散的问题，受通信中零相关码的启发，应用序列二次规划的方法，实现了在距离一维和距离-多普勒二维具有零相关区域的类零相关码设计。
　　3.针对色噪声下的MIMO雷达波形设计问题，推导了色噪声下最优波形能量谱与色噪声功率谱密度的关系；在接收滤波器为预白化-匹配滤波器条件下，推导了使输出信噪比最大的特征向量法；以及在波形相似度约束下，使输出信噪比最大的 SWORD算法；为了充分利用雷达发射机功率，提出了色噪声下基于驻定相位原理的恒模波形设计方法；最后，实现了色噪声下的MIMO雷达多波形设计。
　　4.针对MIMO雷达发射方向图优化，给出了几种常见的优化模型和约束条件，包括发射方向图匹配设计，最小化峰值旁瓣发射方向图优化，最小化积分旁瓣发射方向图优化，并给出了将优化问题转化为凸优化的方法；针对控制主瓣内波动的发射方向图优化问题，给出了通过加权1-范数和矩阵正则化来控制主瓣波动的方法；最后讨论了控制过渡带的MIMO雷达发射方向图优化模型。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题的研究历史和现状

1.3 本文的内容与结构安排

第二章 调频信号设计

2.1 驻定相位原理

2.2 非线性调频信号设计

2.3 MIMO雷达频分非线性调频信号设计

2.4 超低旁瓣调频信号优化设计

2.5 MIMO雷达超低旁瓣频分调频信号设计

2.6 本章小结

第三章 相位编码信号设计

3.1 MIMO雷达相位编码信号设计准则

3.2 基于SQP的相位编码信号设计

3.3 基于SQP的类零相关相位编码信号设计

3.4 本章小结

第四章 色噪声下的波形设计

4.1 色噪声下的最优波形

4.2 特征向量法

4.3 基于相似度的波形设计

4.4 基于驻定相位原理的恒模波形设计

4.5 MIMO雷达多波形设计

4.6 仿真实验

4.7 本章小结

第五章 MIMO雷达发射方向图优化

5.1 基本定义

5.2 MIMO雷达发射方向图优化设计模型

5.3 仿真实验

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

在校期间的成果及奖励