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。     

基于NLS的MIMO雷达方向图综合

与传统相控阵雷达方向图综合不同,MIMO雷达通过优化发射波形的协方差矩阵来实现发射方向图综合,从而实现数字阵列雷达的多功能特性。该文通过数学变换,把传统相控阵雷达非线性最小二乘方向图综合法推广到MIMO雷达方向图综合。首先对发射波形的协方差矩阵进行分解,然后构造非线性最小二乘法代价函数优化分解因子,从而使综合方向图最大限度地逼近期望方向图。与现有MIMO雷达方向图综合方法相比,文中方法能通过罚函数,灵活调节综合方向图的过渡带宽度和主瓣波动幅度,且具有更小的均方误差,仿真实验验证了方法的有效性。     

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.     

基于空频域MIMO波形优化的雷达通信共享系统设计

提出了一种基于空频域波形设计的雷达通信共享系统，即对多输入多输出发射波形在空域和频域进行优化，利用优化的发射方向图主瓣实现对目标区域的雷达探测，通过控制通信方位的发射方向图旁瓣水平以及通信频带上的功率谱密度水平来实现通信信息传输。为此，在方向图旁瓣电平、波形功率谱水平、波形恒模等约束下，以发射方向图的匹配误差为目标函数，建立了相应的波形优化问题，并采用半正定松弛方法和高斯随机化方法来求解该问题。文中给出了通信信息的解调过程，且分别验证了雷达性能和通信性能。     

MIMO雷达方向图与稀疏频率波形联合设计

发射方向图设计与波形优化是MIMO雷达领域的热点,随着研究的深入越来越需要考虑包括频谱特性在内的雷达系统工作环境特性。针对采用传统波形容易产生互相干扰的频谱拥挤情况,本文提出了一种MIMO雷达方向图与稀疏频率波形联合设计方法。一方面保证了将能量集中辐射到所感兴趣的区域上的探测性能,另一方面由得到的稀疏频率波形可以避免MIMO雷达系统与其他同频工作设备互相干扰。该方法首先根据MIMO雷达方向图与波形矩阵的关系,列出具有稀疏频率约束与恒模约束的目标函数式;然后通过从期望方向图到自相关矩阵,再到恒模稀疏频率波形的步骤,应用循环算法求解目标函数;最后所得结果波形的方向图接近期望方向图,同时结果波形具有稀疏频率特性和良好的自相关特性。仿真结果验证了文中方法的有效性。      

基于随机步进频信号的MIMO波形设计和成像方法

基于MIMO雷达系统的宽带雷达成像是空间感知领域一个很有前景的研究方向.波形设计是宽带MIMO雷达系统需要解决的首要问题.对于MIMO宽带信号一般要求各雷达发射信号相互正交且自相关函数具有窄的主瓣和低旁瓣特性.文中详细分析了随机步进频信号自相关函数的统计特性,证明大的步进频数利于MIMO雷达成像,进而提出了一种基于遗传算法的MIMO波形设计方法,该算法中利用随机频率编码矩阵生成遗传算法的初始种群.最后将所设计的波形用于MIMO雷达成像的仿真实验,其结果证明了文中的波形设计方法可以有效降低MIMO雷达系统中不同通道之间的相互干扰,利于雷达成像.     

非均匀间隔OFD-LFM的MIMO雷达波形设计

正交频分线性调频(OFD-LFM)信号是多输入多输出(MIMO)雷达的一种常用发射波形,在分析其空时特性的基础上,针对空域合成信号自相关旁瓣存在的问题,该文提出一种非均匀间隔的OFD-LFM波形,并给出了相应的波形设计方法。该方法建立空时联合优化的模型,采用序列二次规划求解得到各信号的频率间隔和初相。所设计波形的发射方向图近似全向,空域合成信号具有良好的相关性能。     

基于幅相控制的雷达-通信一体化系统稳健波形设计方法

为克服现有基于旁瓣电平控制的雷达-通信一体化系统对通信设备方向信息要求高的不足，同时有效提升雷达系统的通信信息传输能力，以多输入多输出（multiple input multiple output, MIMO）雷达为平台，研究了雷达-通信一体化系统发射加权矩阵的稳健设计方法。首先，为解决通信方向误差引起合成信号的畸变问题，以方向误差集内通信信号与期望信号的最差匹配性能为约束，构建了通信方向存在误差时的发射加权矩阵的稳健优化模型，并采用循环算法和凸优化方法对其进行求解；其次，利用通信方向多个合成信号的联合映射关系，提出了基于幅相控制的通信信息植入策略，由于利用了合成信号的幅相排列信息，相比传统方法能够更易实现通信信息的高速率传输；最后仿真实验表明了所提方法的有效性。     

基于交替投影的MIMO雷达最优波形设计

该文研究用于多输入多输出(MIMO)雷达的具有低相关旁瓣的恒模波形设计方法,这类波形可以抑制距离旁瓣遮蔽和不同信号回波之间的相互干扰。首先,根据非周期相关函数与功率谱(PSD)之间的傅里叶变换对关系,将波形的相关特性优化问题转换为功率谱优化问题;然后,基于功率谱拟合的思想,将设计波形的功率谱向理想波形功率谱逼近;最后,在时、频域交替投影的算法框架下,利用快速傅里叶变换(FFT)实现波形的优化设计。计算机仿真表明,该算法能够设计具有良好相关特性的MIMO雷达波形且运算效率较高。     

集中式MIMO雷达研究综述

多输入多输出(MIMO)雷达作为一种新体制雷达,利用其发射波形分集的特点,在目标检测、参数估计、射频隐身及抗干扰等诸多方面展现出了突出的性能,经过学者们近20年的深入研究,基于正交波形的MIMO雷达相关理论日臻完善,并在汽车辅助驾驶、安全防卫等领域得到广泛应用。近年来,随着电磁环境感知及知识辅助等概念的引入,基于波形优化的MIMO雷达主动抗干扰、射频隐身、以及探测-通信一体化等技术受到学者们的关注并得到深入研究。该文力图对学者们近20年来围绕MIMO雷达的研究工作进行归纳与综述,内容主要包括:正交波形MIMO雷达原理、目标探测性能分析、典型应用;正交波形MIMO雷达波形设计与特点;基于知识的认知MIMO波形设计与算法;基于MIMO的探测-通信一体化波形设计与算法;MIMO雷达信号处理、数据处理及资源管理。论文最后对MIMO雷达在机载应用中的空时处理(STAP)、MIMO雷达在成像中的信号处理、以及基于时分多波形分集的线性调频毫米波MIMO雷达信号处理等进行了讨论。      

频率分集MIMO雷达信号优化设计

针对集中式多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达扩展目标检测识别问题,提出将多频阵列(multiple frequency array, MFA)应用到集中式MIMO雷达中来实现频率分集,增加自由度,在频域基于互信息量(mutual information, MI)优化不同频带天线上的功率分配以设计信号,针对目标依据雷达功率分配情况施放干扰以避免检测识别的情况,雷达在杂波及干扰环境下再次优化信号功率分配,实现雷达认知功能。仿真结果证明,优化信号可综合噪声、杂波及干扰统计特性重新调整功率分配,可提高目标频域响应和目标回波间互信息量,为改善目标检测识别性能奠定基础。      

集中式多输入多输出雷达多功能波形优化设计

针对集中式多输入多输出(MIMO)雷达波形设计中多个设计目标同时优化的问题,基于交替投影的思想,该文提出一种以任意维迭代谱逼近算法(ADISAA)为基础的波形设计框架,通过可调的权重来协调发射方向图匹配、良好的相关特性和频谱凹口等多种功能的波形设计目标,最终实现恒模波形设计。仿真结果表明,相对于已有的算法,在发射方向图匹配的基础上,该算法改善了发射波形在指定区间的相关特性,同时通过频谱凹口的设计避开了受到色噪声和有源干扰污染的频段,算法的计算复杂度更低。     

天基TDM-MIMO雷达系统抗干扰波形设计方法

针对天基MIMO脉冲雷达探测体制的发射波形设计问题,考虑到天基雷达的发射波形等相关参数极易被敌方侦察设备侦收到,提出了一种新的抗干扰天基TDM-MIMO雷达波形设计方法。结合雷达系统的信号处理流程,建立了基于复合模糊函数的波形设计参数化模型,以表征雷达探测性能的发射信号集复合模糊函数和表征抗欺骗干扰的正交性来优化设计雷达波形,在保证了雷达探测性能的前提下,兼顾了抗干扰性能。该优化波形同时具有一定范围的多普勒不敏感的特性。天基TDM-MIMO雷达系统各发射阵元依次发射或跳变发射正交波形,所有接收阵元接收回波信号,回波信号经过信号处理流程之后实现了目标的检测。仿真试验验证了优化波形的有效性和可行性,适用于天基TDM-MIMO雷达探测高速空间目标的实际工程应用。     

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。     

面向频谱共存的MIMO雷达波形设计综述

多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）雷达良好的空间分集和波形分集能力使其在目标检测和参数估计等方面有着传统雷达无法比拟的突出优势。然而,随着信息技术的快速发展,雷达和通信系统对频谱资源的需求日益增长。频谱资源稀缺导致雷达和通信系统势必出现竞争频谱资源的问题,进而使得二者相互干扰并导致性能下降。针对面向频谱共存的MIMO雷达波形设计问题,介绍了MIMO雷达的基本概念、信号模型以及信号处理任务,对MIMO雷达波形设计问题的一般形式,以及面向典型应用场景的波形设计问题进行了概述。为通过发射波形设计提高MIMO雷达在频谱拥塞环境中的性能,对频谱约束下的MIMO雷达波形设计、MIMO雷达与通信系统协同设计和雷达通信一体化等领域的研究进展进行了系统的评述和总结,并展望了下一步的研究方向。     

集中式MIMO雷达研究进展：正交波形设计与信号处理

集中式多输入多输出（Multiple Input Multiple Output,MIMO）雷达通常利用正交波形增加发射波形自由度,采用数字阵列拓展空间收发自由度,使得雷达接收机的天线孔径获得明显扩展,最终带来空间分辨率、测角精确度、杂波抑制能力等大幅度提升。但是,这些性能提升的前提是发射波形具有正交特性。事实上,在实际应用中,在不牺牲时域/频域资源情况下,受限于时宽带宽积,无法获得完全正交的波形集合,从而限制了MIMO雷达系统性能。本文对集中式MIMO雷达正交波形复用的技术原理进行了系统回顾,分别归纳了三种快时间发射波形设计方法：时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）、码分复用（Code Division Multiplexing,CDM）和频分复用 （Frequency Division Multiplexing, FDM）,以及两种慢时间发射波形设计方法：多普勒分复用（Doppler Division Multiplexing,DDM）和随机相位编码波形,并对其优缺点进行对比。同时,对快时间MIMO和慢时间MIMO的信号处理流程进行归纳综合,给出基于匹配滤波的集中式MIMO雷达统一信号处理框架。为了展示不同波形对成像性能的影响,本文给出了基于三维匹配滤波的MIMO雷达成像结果。最后,结合实际应用问题,指出当前MIMO雷达面临的技术难点和发展趋势。     

发射波形合成下的机载MIMO雷达杂波统一模型

针对发射波形相关及非理想因素影响下的机载MIMO雷达杂波分布特性的问题,给出了理想情况下机载MIMO雷达杂波模型。利用信号集合及阵列导向矢量投影变换的原理,提出了基于波形合成的机载MIMO雷达杂波统一模型,分析了模型与理想MIMO雷达、相关MIMO雷达及相控阵雷达的统一关系。然后给出了多种非理想因素影响的误差矩阵,建立了非理想因素影响下的机载MIMO雷达杂波统一模型。最后仿真分析了波形相关及非理想因素影响下的MIMO雷达杂波特性,并得出结论:波形合成会产生子阵合成,当合成子阵间发射信号全正交,且合成子阵内各阵元发射信号全相干时,杂波谱的斜脊线最窄。该统一模型为机载MIMO雷达杂波特性分析及STAP算法设计提供了理论依据。     

一种基于遗传算法的正交波形设计方法

数字阵列雷达可通过子阵组合,发射多波束等方式实现同时搜索和跟踪不同空域目标,其中发射正交波形设计是数字阵列雷达的关键技术之一.本文以降低波形信号的自相关旁瓣峰值及互相关峰值为目标,采用改进的遗传算法对随机生成的四相码波形信号进行正交优化.仿真表明,优化设计的正交四相码波形相比于其他文献在自相关旁瓣峰值及互相关峰值性能上...     

相干MIMO雷达无模糊区面积缩小问题与优化扩展技术研究

在时延-多普勒平面上, 无模糊区面积决定雷达距离模糊与距离杂波折叠特性以及多普勒模糊与多普勒频率混杂特性.文章首次从理论上证明, 采用N个波形的相干多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output, MIMO)雷达存在无模糊多普勒缩小现象, 在一定条件下缩小为单输入-多输出(Single-Input Multi-Output, SIMO)雷达无模糊多普勒的1/N, 导致该雷达无模糊区面积缩小为SIMO雷达的1/N, 并给出了仿真实例.无模糊区面积缩小将导致雷达在杂波环境下性能下降.对此, 提出了将相干MIMO无模糊区面积扩展到与SIMO雷达相等的波形设计技术, 并给出恢复实例, 解决了采用N个频率波形的相干MIMO雷达无模糊区面积缩小的基础性问题.     

PD雷达信号模糊函数的计算

雷达信号波形直接影响到雷达发射机的形式、信号处理方式、雷达的距离和速度特性。为了研究PD（脉冲多普勒）雷达的信号特性,基于雷达信号波形设计,从几类PD雷达发射信号出发,给出了单载频矩形脉冲信号、相参脉冲串信号和线性调频信号等不同雷达信号的模糊函数计算公式。在MATLAB平台上建立了模糊函数的仿真模型,并绘制出模糊函数图。根据模糊函数图形分析了各类信号特点。仿真结果表明,模糊函数能较好地描述雷达信号在距离和速度上的测量精度和分辨力。