非确知目标先验知识条件下MIMO雷达稳健波形设计

考虑稳健波形优化问题以提高多输入多输出雷达最差条件下参数估计精度。基于最小-最大方法,将初始参数误差模型显式包含进波形优化问题,并基于克拉美-罗界得到稳健波形设计。为求解得到的复杂非线性优化问题,基于哈达玛不等式将其转化为半定规划问题,从而可高效求解。仿真结果表明,与不相关发射波形以及非稳健方法相比,所提方法可显著改善最差条件下参数的估计性能。     

运动双基地MIMO雷达的参数估计性能

该文研究了收发站运动情况下双基地MIMO雷达的参数估计性能。首先,给出了运动双基地MIMO雷达的信号模型,推导出多目标下参数估计克拉美罗界(CRB)的一般表达式;其次,给出了单目标情况下发射角和接收角估计的CRB闭式解,并分析了收发站运动时,各参数对CRB的影响。理论和仿真结果表明：增大某一站(发射站/接收站)的运动速度,将提高该站所对应的角度(发射角/接收角)估计性能,但同时也降低了另一站所对应的角度估计性能;当发射站/接收站的运动视角垂直于发射角/接收角,而另一站的运动视角平行于接收角/发射角时,发射角/接收角的估计性能最优。     

运动双基地MIMO雷达参数估计的克拉美罗界

在杂波环境下,该文研究了目标、发射站及接收站均运动时双基地多输入多输出(MIMO)雷达参数估计的克拉美罗界(CRB)。首先建立了运动双基地MIMO雷达的数学模型,推导了杂波背景下多目标参数估计CRB的一般表示式,然后给出了无杂波时单目标波离方向(DOD)、波达方向(DOA)以及速度CRB的闭式解,并分析了各参数对CRB性能的影响。理论与仿真实验表明：无杂波时的参数估计性能优于杂波背景下的参数估计性能;目标DOD(DOA)的估计性能与收发站速度、目标速度无关,而目标速度的估计性能将随着收、发站和目标速度的增大而下降。     

MIMO雷达分组正交波形集优化设计方法

在现代电子对抗中,数字射频存储(DRFM)设备能够快速截获机载脉冲多普勒雷达信号,能够实现对多输入多输出(MIMO)雷达的干扰。MIMO雷达可基于多组相互正交的波形集来对抗DRFM干扰。同时,为最大化MIMO雷达波形分集增益,每个脉冲内发射的波形也需要正交。为了平衡组内和组间的正交性,文中建立了一种分组正交波形集优化模型,其目标函数为组内和组间相关函数性能评估指标值的加权和;为了求解该优化问题,提出了一种分组正交波形集设计方法。所提方法将原优化问题简化为p-范数优化问题,基于MM算法导出了最小化目标函数的迭代求解表达式。仿真结果表明,所提方法可通过改变权重系数来灵活平衡MIMO雷达的干扰抑制性能和距离压缩性能。     

分布式MIMO雷达中仅使用多普勒频移的直接定位技术

本文研究了MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）雷达系统中,仅使用多普勒频移（Doppler Frequency Shifts, DFS）信息对目标进行直接定位（Direct Position Determination, DPD）的方法。通常的两步定位的方法需要先将定位参数从接收信号中提取出来再通过求解参数与目标位置的关系方程对目标位置进行估计。这一过程由于忽略了所有测量参数的提取必须相对于同一个目标位置的约束条件,因而是次优的定位方法。针对这一问题,本文提出了一种基于极大似然（Maximum Likelihood, ML）准则的直接定位算法,可以不需要进行参数提取而集中地处理所有接收到的数据,实现对目标位置的一步估计。仿真结果表明,所提算法性能在较低信噪比（signal to noise ratio, SNR）的条件下优于两步定位法,且在较高信噪比下与两步法定位精度相当。      

MIMO雷达正交混沌调频波形集设计

正交波形设计是实现MIMO雷达的关键技术之一,目前正交波形设计方法主要多采用统计优化算法,如模拟退火、遗传算法等,此类方法主要缺点是算法耗时长、效率低,且所设计的波形集性能随着波形个数的增加而下降,针对此问题,提出一种基于混沌调频的MIMO雷达正交波形集设计方法,采用混沌调频信号作为MIMO雷达的发射波形,利用混沌序列良好的统计特性,无需寻优处理即可得到性能优越的正交波形集,且理论上可以得到任意数目的波形而不损失波形集性能,因此,该方法在算法效率和波形多样性方面具有优势,计算机仿真实验验证了设计方法的有效性。      

基于交替投影的MIMO雷达波形设计

针对基于最大化互信息(或最小均方误差)准则所提方法只得到理论上最优多输入多输出雷达波形,而无法产生可发射波形的问题,基于交替投影方法,提出一种新的可发射波形设计算法。该算法得到的可发射波形渐进逼近基于最大化互信息(或最小均方误差)准则得到的理论最优波形,且迭代的每一步都具有闭式解,因而可获得高效求解。仿真结果表明,相比较已提出的可发射波形设计方法,所提算法具有较好的最优波形逼近性能。     

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。     

MIMO雷达不完全正交波形下的DOA估计算法

当前多输入多输出(MIMO)雷达的波达方向(DOA)估计算法都是在各发射阵元的发射信号间完全正交(POWS)的条件下提出的.当发射信号正交性无法满足时,DOA算法的估计性能会出现明显衰减.针对发射信号不完全正交(Non-POWS)时的DOA估计问题,文中提出了基于修正矩阵转换的MIMO阵列降维Root-MUSIC算法....     

非完备杂波先验知识场景下MIMO-STAP稳健波形设计

本文考虑了色高斯干扰条件下MIMO STAP稳健波形优化问题以提高非完备杂波先验知识条件下多输入多输出（MIMO）雷达体制下空时自适应处理（STAP）最坏情况下探测性能。由于高斯干扰（包括杂波、干扰以及热噪声）场景下最大化系统输出信干噪比（SINR）等价于最大化MIMO STAP检测性能,因而在本文所建立杂波协方差估计误差的模型基础上,总功率发射以及参数不确定凸集约束下,经推导可得稳健波形优化问题。为求解得到的复杂非线性问题,本文提出了一种迭代算法以优化发射波形相关阵（WCM）从而最大化凸不确定集上最差情况下的输出SINR进而改善最差情况下MIMO STAP的检测性能。通过利用对角加载（DL）方法,所提算法中的每个迭代步骤皆可表示为能获得高效求解的半定规划（SDP）问题。与非稳健方法及非相关波形相比,数值实验验证了本文所提方法的有效性。      

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。     

Robust Waveform Design for MIMO Radar with Imperfect Prior Knowledge

Waveform optimization for multi-input multi-output radar usually depends on the initial parameter estimates (i.e., some prior information on the target of interest and scenario). However, it is sensitive to estimate errors and uncertainty in the parameters. Robust waveform design attempts to systematically alleviate the sensitivity by explicitly incorporating a parameter uncertainty model into the optimization problem. In this paper, we consider the robust waveform optimization to improve the worst-case performance of parameter estimation over a convex uncertainty model, which is based on the Cramer–Rao bound. An iterative algorithm is proposed to optimize the waveform covariance matrix such that the worst-case performance can be improved. Each iteration step in the proposed algorithm is solved by resorting to convex relaxation that belongs to the semidefinite programming class. Numerical results show that the worst-case performance can be improved considerably by the proposed method compared to that of uncorrelated waveforms and the non-robust method.     

基于不确定集的稳健MIMO雷达波形设计算法

针对雷达目标回波信号存在不确定性导致MIMO雷达波形优化设计性能下降问题,该文提出一种扁平椭球不确定集约束下的稳健自适应发射-接收波形联合优化设计方法。首先将目标脉冲响应的误差推广到更为一般的扁平椭球不确定集约束条件,并利用Lagrange乘子法对优化过程进行推导,得出扁平椭球不确定集约束下的闭式表达式。其次为了提高目标脉冲响应不确定集范围较大时的优化性能,采用了迭代鲁棒最小方差法进行求解(IRMVB),求得更为精确的目标脉冲响应,提高了SINR改善性能。然后进一步分析了基于扁平椭球不确定集约束条件与球体约束条件优化问题的内在联系,推导得出该文求解过程为广义对角加载方法。最后通过仿真实验表明所提算法对于目标回波信号不确定性具有更高的稳健性。     

基于知识辅助的MIMO雷达波形设计方法

该文针对雷达系统受到天线主瓣和副瓣杂波以及强干扰影响时性能下降问题,提出基于距离扩展目标和杂波先验信息的MIMO雷达波形设计方法。首先建立了目标函数,综合考虑了波束主瓣增益、旁瓣杂波抑制能力以及目标输出SCNR的改善性能;然后在优化问题求解中对约束条件进行松弛,使得波形矩阵空域和时域2维解耦合,从而实现空域波束形成和时域波形设计独立优化求解;其次利用L-BFGS算法设计恒模的发射波形矩阵,形成低副瓣的波束方向图和较深的强杂波抑制凹口,并基于目标输出SCNR最大化准则,利用迭代算法分步求解优化的主瓣发射波形和接收滤波器;最后通过电磁仿真的距离扩展目标数据验证所提算法的有效性。     

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.     

调频连续波MIMO雷达OFDM波形设计

对于多输入多输出调频连续波雷达,正交波形设计是其最关键的技术之一。传统频分波形采用频率调制方法,使得各信号在频域上互不重叠,通过带通滤波实现多通道分解,该方法信号带宽大、系统复杂,且由于采用带通滤波,信号相干性差。因此针对调频连续波雷达,本文提出了一种新的正交波形设计方法。该方法基于正交频分复用原理,一个信号周期包含M个线性扫频周期,其中M为正交信号个数,去调频接收后,作快时间离散傅里叶变换,通过多相分解实现信号分解。该方法不需要带通滤波,信号相干性好、带宽窄、系统简单。论文最后,通过仿真实验验证了波形设计的正确性和有效性。      

MIMO雷达OFDM-LFM波形设计与实现

由于MIMO雷达发射相互正交的波形,因此正交波形设计是MIMO雷达实现的关键问题。针对MIMO雷达发射波形正交的特点,介绍了正交频分复用线性调频波形(OFDM-LFM)的设计原理。提出了一种正交频分线性调频波形产生的实现方案,该方案通过并行发射多路频分的线性调频信号形成OFDM-LFM波形。设计了一种由主控计算机、波形控制模块和数字中频合成模块构成的OFDM-LFM波形产生器。给出了基于AD9910数字斜坡调制方式产生单通道线性调频信号的方法和OSK功能产生多通道线性调频脉冲信号的方法,并对单通道线性调频信号线性度进行了分析。最后给出了其中两通道LFM信号频谱和一通道线性调频脉冲信号的时域波形的测试结果,验证了方案的正确性和可行性。     

MIMO雷达相位编码波形设计与实现

MIMO雷达为了避免通道间的相互干扰,为了获得对多目标检测的高分辨率,因此设计具有低自相关旁瓣峰值和互相关的正交信号集对于实现MIMO雷达系统是至关重要的,正交相位编码信号就具有上述优点.针对MIMO雷达发射波形正交的特点,以二相码为例的设计原理,设计了一种由主控计算机、波形控制模块和数字中频合成模块构成的二相码波形产生器.给出了基于AD9910单频调制方式产生单通道二相码信号的方法和OSK功能产生多通道二相码信号的方法,并给出了测试结果,验证了方案的正确性和可行性.     

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。     

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。