基于模糊函数的雷达阵列设计研究

摘要

雷达信号波形的选择和设计是雷达系统设计中的一个重要问题，它直接影响着雷达的处理方式和系统性能，诸如信号处理方式、发射机形式的选择、作用距离以及抗干扰、抗截获等性能。雷达模糊函数是评估雷达波形性能的一个有效工具。为此，本文主要研究基于雷达模糊函数的多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)和频控阵阵列优化设计方法，主要工作和贡献可归纳为：
　　(1)推导了MIMO雷达模糊函数，并分析了其基本性质。
　　推导了发射多路正交波形的MIMO雷达接收机信号模型，并在此基础上推导出相应的MIMO雷达模糊函数表达式，其中包括自模糊函数和互模糊函数两种形式。同时，论文还分析了MIMO雷达的模糊函数性质，为进行MIMO雷达波形及阵列优化设计奠定了基础。
　　(2)提出了一种基于模糊函数的MIMO雷达波形及其阵列优化设计改进方法。
　　为了对MIMO雷达波形参数进行优化设计，本文首先推导出基于脉冲波形的的MIMO雷达模糊函数，然后建立了一个基于模糊函数峰值-旁瓣比最小化的代价函数，并利用改进的模拟退火算法来求解论文所建立的MIMO雷达波形及其阵列优化设计问题。采用这种方法，本文设计了针对MIMO雷达的跳频编码波形和线性调频-跳频编码波形。
　　(3)推导了频控阵雷达的雷达模糊函数，并分析了其基本性质。
　　针对频控阵与相控阵的不同特点，推导了基于均匀线阵频控阵发射的接收机信号模型，在此基础上分别推导出了频控阵发射信号的自模糊函数表达式，以及针对频控阵发射信号的雷达接收信号的雷达模糊函数表达式，并分析讨论了这些模糊函数的基本特点和性质，为频控阵雷达阵列优化设计奠定基础。
　　(4)提出了一种基于雷达模糊函数的频控阵频率增量的优化设计方法。
　　频控阵相对于相控阵来说，每个阵元之间多了一个频率增量，有必要对此频率增量进行优化设计。针对频控阵雷达的模糊函数特性，建立了基于模糊函数锐化（即阵列发射能量聚焦）代价函数的频控阵频率增量优化设计问题。由于这个优化问题是一个非凸问题，直接优化比较困难，本文利用改进的模拟退火算法来求解出这个优化问题，达到了对频控阵频率增量进行优化设计的目的。