MIMO雷达波形设计方法综述

MIMO雷达是一种新兴的有源探测技术,波形分集能力赋予MIMO雷达潜在的探测能力,使得波形设计成为一项重要研究内容.文中综述了MIMO雷达的波形设计方法,重点探究了正交波形设计、发射方向图匹配设计、发射信号波形合成等方法,并指出了MIMO雷达波形设计下一步的研究方向.     

MIMO雷达正交连续相位编码波形研究

正交波形设计是实现MIMO体制雷达波形分集能力的前提,其自相关函数旁瓣电平和互相关函数电平大小直接影响MIMO雷达波形分集的性能。对MIMO雷达波形的形式、优化算法的选择、波形设计的结果进行了研究,并和传统的多相码、遗传算法等进行了仿真比较。     

一种循环迭代的宽带MIMO雷达正交稀疏频谱波形设计方法

甚高频(VHF)和超高频(UHF)宽带MIMO雷达在实现目标高分辨与成像方面表现出巨大潜力,但也面临着工作频段拥塞和电磁信号干扰问题。针对这一问题,该文提出一种基于循环迭代的宽带MIMO雷达正交稀疏频谱波形设计方法。首先,将期望频谱矩阵作为待优化的辅助变量,综合考虑最小化发射波形频谱与期望频谱之间的均方误差以及积分旁瓣电平为目标函数,以发射波形恒模和期望频谱幅度满足上、下界约束为条件建立优化模型;然后,在循环迭代的算法框架下,为提高运算效率,利用快速傅里叶变换和谱分解技术实现模型的求解。仿真结果表明,优化波形较现有方法具有更好的稀疏频谱特性,同时还具有低自相关旁瓣和互相关性。     

一种新型的低旁瓣MIMO雷达发射波形设计方法

该文通过对经典低旁瓣MIMO雷达发射波形设计方法的改进,提出一种新型的低旁瓣MIMO雷达发射波形设计方法。该方法首先引入发射波形主瓣下界、主瓣上界两个参数,并设定主瓣下界的值;其次分别以最小化峰值旁瓣、最小化积分旁瓣为目标函数,以发射信号协方差矩阵半正定、各阵元发射信号恒功率为约束条件,在此基础上,在约束条件中加入对主瓣波动的限制,建立半正定规划优化问题,并且可通过设定不同的主瓣上界的值来控制主瓣波动、抑制旁瓣;最后利用一次凸优化算法得到全局最优解。仿真结果表明,该方法在只需求解一次凸优化问题的前提下,所设计波形旁瓣降低且可控。     

一种新的MIMO雷达发射波形设计方法

该文提出一种约束基波束权值动态的MIMO雷达发射波形设计方法。首先,构造一组发射波形集并从理论上推导了阵元发射波形的恒模特性,在此基础之上,将各阵元平均发射功率的均匀性控制问题转化为基波束权值动态的定量约束问题;其次,建立了直接约束权值动态的基波束优化模型,利用切线投影法和区域迭代法将其进行凸松弛,并且给出了二阶锥规划子问题和序列锥迭代流程;最后,利用二阶锥规划设计出了基波束的比例系数。所提方法在保证MIMO雷达发射方向图匹配性能的前提下,能够兼顾阵元发射功率均匀性和发射方向图旁瓣功率的性能,因而在设计发射波形时更具灵活性。仿真实验验证了所提方法的有效性。     

MIMO雷达正交离散频率编码波形设计

MIMO雷达通过发射相互正交的信号能有效提高雷达的性能。设计具有低自相关旁瓣和低互相关的正交信号是MIMO雷达实现的关键。本文以自相关、互相关峰和能量为代价函数,基于改进的遗传算法,采用非全码来优化设计离散频率编码,进行了仿真优化设计。结果表明该算法是有效的。     

基于线性调频时宽的MIMO雷达正交波形设计

线性调频(LFM)信号是一种被广泛应用的大时宽带宽积信号,利用LFM信号的多样性可设计多输入多输出(MIMO)雷达的正交波形。该文针对现有波形相关函数存在的问题,以理论分析为基础,提出一种基于LFM时宽的发射波形,并给出了一种相应的正交波形设计方法。该方法以峰值旁瓣电平为准则,利用序列二次规划对各子脉冲LFM信号的时宽进行优化设计。仿真结果表明,与现有方法相比,所设计波形具有较低的自相关旁瓣电平和互相关电平。此外,通过数值实验分析了相关性能随波形个数及子脉冲个数的变化关系。     

基于量子遗传算法的MIMO雷达正交信号波形设计

正交信号波形设计是MIMO雷达领域的研究热点,随着技术的发展,MIMO雷达对正交信号波形的性能要求越来越高。针对现有MIMO雷达正交信号波形互相关峰值较高且算法收敛速度慢的问题,为了提高码长较长的正交信号波形的性能,本文使用量子遗传算法,将量子计算与遗传算法相结合,进一步降低了波形的互相关峰值,一方面降低了不同目标回波之间的相互干扰,提高了雷达系统的检测性能,另一方面使雷达系统更难被敌方定位,提高了雷达的战场生存能力。仿真试验的结果表明,该方法能有效提高波形的正交性能,并加快了优化的速度。      

一种MIMO雷达多模式波形优化设计方法

在多目标多任务情况下,通常要求雷达具有多种工作模式,以实现搜索、跟踪等不同功能。传统雷达在某一时刻只能实现一种功能,工作模式不够灵活,很难高效利用系统资源。针对此问题,该文提出一种MIMO雷达多模式波形设计方法,该方法以方向图逼近、期望方向的信号功率谱或频谱逼近等为准则,在恒模约束下建立关于波形矩阵的多目标优化模型,并采用共轭梯度方法进行优化求解。仿真结果表明,所设计波形在空域上具有多波束方向图,波束指向上的信号具有多种工作模式的特性,可以同时实现搜索、跟踪等功能。     

MIMO SAR短时平移正交波形成像性能分析

MIMO SAR是解决高分宽幅问题的有效途径,其核心问题是如何设计相互正交的发射波形。研究表明,经典的相位编码、离散频率编码等MIMO正交波形不适合实际场景SAR成像,目标点附近区域的回波叠加后对主回波造成严重干扰,引起成像SNR的下降和图像质量的恶化。最近,德国DLR的Krieger教授提出了短时平移正交(short-term shift-orthogonal)波形的概念,结合距离向的波束形成可实现回波信号的有效分离,但未对其成像性能进行细致分析。文中从衡量SAR成像质量的具体指标出发,包括综合积分旁边比(ISLR)等,通过理论分析和仿真验证对比了短时平移正交波形和传统编码正交波形的SAR成像性能。     

基于雷达发射波形和非匹配滤波联合设计的间歇采样转发干扰抑制方法

间歇采样转发干扰(ISRJ)是基于欠采样原理的新型雷达相干干扰技术,能够形成密集假目标干扰.该文针对抗间歇采样转发干扰问题,提出一种雷达发射波形和非匹配滤波联合设计的抗干扰方法.首先,以发射信号脉冲压缩积分旁瓣能量和干扰信号非匹配滤波输出积分能量为目标函数,综合考虑发射信号的幅度约束,建立了间歇采样转发干扰抑制的数学优...     

MIMO雷达正交相位编码信号设计及分析

针对MIMO雷达发射正交波形的要求,提出一种采用相位编码设计MIMO雷达信号的方法。该方法采用遗传优化算法,设计产生一组正交相位编码信号,并分析该组信号的自相关和互相关特性。文章最后分析了采用正交相位编码信号设计MIMO雷达信号存在的一些问题。     

杂波条件下稳健的MIMO雷达发射波形和接收滤波器联合优化设计

现有MIMO雷达发射波形和接收滤波器联合优化方法均未考虑阵元功率放大器非线性以及算法的稳健性。针对上述问题,该文以MIMO雷达各阵元发射功率和每个阵元发射波形的峰均比(PAR)为约束条件,提出一种杂波条件下稳健的MIMO雷达发射波形和接收滤波器联合优化设计方法。该方法利用Max-Min构造目标导向矢量不确定集范围内关于雷达输出信干噪比(SINR)的优化模型,通过半正定松弛(SDR)、Charnes-Cooper转换、序列优化和Lagrange对偶方法,将非凸的联合优化模型转化为两个分别关于发射波形和接收滤波器空时序列协方差矩阵的凸的半正定规划问题(SDP)进行求解,最后利用随机向量合成方法得到具体的发射波形和接收滤波器。实验仿真验证了所提方法的有效性和稳健性。     

集中式 MIMO 雷达部分相关波形设计与处理

该文针对集中式 MIMO 雷达发射方向图设计与波形设计无法分离,以及接收端如何提取信号多样性自适应地抑制杂波和干扰这两个问题,展开了深入研究.首先,给出了一种改进的快速发射波束形成算法,该算法能够有效地将发射方向图设计和波形设计分离.同时,为了避免发射信号相关矩阵出现奇异性导致信号多样性无法提取的问题,提出了采用特征值加载修正信号相关矩阵的方法.接着,给出了采用上述发射波形的 MIMO 雷达的接收阵列信号处理框架,证明了经过匹配处理后的阵列输出可以最大程度地恢复信号多样性信息.仿真实验表明,采用这种部分相关发射波形的 MIMO 雷达仍然能够充分利用信号多样性带来的额外自由度,有效抑制干扰和杂波.     

干扰条件下MIMO雷达收发联合方向图优化设计

针对干扰条件下MIMO雷达面临的信号截获以及干扰源快速移动等问题,对雷达收发方向图进行优化设计。在发射端利用最小积分旁瓣准则对发射波束矩阵进行优化,将发射信号能量集中到目标空域,降低旁瓣并在干扰方向形成发射零陷;在接收端利用广义对角加载方法优化接收方向图,在提高信号接收稳健性的同时展宽零陷。通过对MIMO雷达收发方向图进行联合优化设计,解决了信号被截获及快速移动的有源干扰等问题,从收发两端共同提高雷达整体性能。通过实验仿真对比分析,验证了所提方法的可行性和有效性。     

杂波中MIMO雷达恒模波形及接收机联合优化算法研究

为提高集中式MIMO雷达在强杂波中的目标检测性能,同时兼顾雷达发射机对于恒定包络波形的需求,以系统输出信杂噪比最大为优化准则,研究了MIMO雷达恒模多波形及接收机权值的联合优化问题.基于循环优化算法将联合优化问题分解为两个子优化步骤,并提出了基于半正定松弛及高斯随机化的恒模波形设计算法.结果表明所提算法能够在迭代过程中不断增加输出信杂噪比直至算法收敛.此外,其相比于能量约束下的最优波形性能损失很小,能够实现自适应杂波抑制并改善目标检测性能.     

MTD雷达中滤波器组的设计和实现

在某MTD雷达信号处理系统中,采用切比雪夫一致逼近法设计MTD滤波器,讨论其硬件实现方法.测试结果表明,各滤波器副瓣在-50dB以下,该MTD系统对地杂波的改善因子达55dB以上,能够达到较好的检测效果.     

最大互信息准则下的认知MIMO雷达波形设计

针对杂波背景下对认知多输入多输出(MIMO)雷达波形设计研究较少的问题,提出了一种基于最大互信息准则的波形设计方法。该方法结合一般认知雷达波形设计模型,以雷达发射功率作为约束条件,以最大化目标与接收回波间的互信息为目标,对认知MIMO雷达的波形设计问题进行建模,并采用卡尔曼滤波一步预测的方法对快速运动扩展目标的冲激响应进行预测,实现对目标的精准估计;同时,基于上述分析采用最大能量分配的方法进行波形设计。仿真实验表明,与传统的线性调频信号(LFM)相比,文中所提方法可以获得更多的信息量。