机载MIMO雷达收发联合降维STAP算法统一理论框架

该文研究了机载多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）雷达杂波抑制的收发联合降维空时自适应处理（Space Time Adaptive Processing,STAP）算法统一理论框架。首先,基于机载MIMO雷达发射波形分集的特性,构建了机载MIMO雷达降维联合自适应STAP处理的统一理论框架结构。在此基础上,建立了3种降维STAP处理结构。最后,针对上述3种降维结构,给出了相应的3类适用于MIMO体制的降维STAP处理算法。仿真实验表明:机载MIMO雷达联合降维自适应算法具有较好的杂波抑制性能和较强的抗干扰能力。      

基于凸优化的MIMO雷达的优化滤波器组设计

在正交波形MIMO雷达信号处理中,发射信号分离是其中的一个重要环节,一般可以通过匹配滤波器组来实现,而匹配滤波器组对信号分离是基于发射信号满足理想正交条件的,实际中由于很难得到理想的正交波形集,因此将会造成信号分离能力下降或分离不彻底,为此,提出一种优化滤波器组设计方法,以最小化滤波输出峰值旁瓣电平为目标函数,采用凸优化方法进行全局优化设计,计算机仿真表明,该方法所设计的优化滤波器组可以显著提高非理想正交波形MIMO雷达的信号分离能力。     

空域分解的机载MIMO雷达空时处理方法

相对于传统机载相控阵雷达,应用于机载多输入多输出雷达中的空时自适应处理（MIMO-STAP）技术可以获得杂波抑制和动目标检测能力的大幅提升.但是传统MIMO-STAP所需要的计算量和样本需求量巨大,无法满足实际处理要求.为了解决这一问题,我们提出了一种基于空域多级分解的机载MIMO雷达后多普勒自适应方法.该方法将后多普勒自适应权系数进行分解,使其变为几个短向量的Kronecker乘积,然后利用循环迭代的思想求解自适应权.实验表明该方法具有快速收敛性,在小样本大阵列条件下该方法明显优于传统的后多普勒处理方法.     

基于可行点追踪-连续凸逼近的MIMO雷达相容性波形设计

随着雷达工作的电磁环境越来越复杂,解决雷达与其威力范围内己方电磁辐射设备之间的相容性问题成为研究热点.为了减弱共址MIMO雷达与己方电磁辐射设备之间的相互干扰,以最小化己方电磁辐射设备所占据空频域范围内的雷达谱能量为准则,提出了基于可行点追踪-连续凸逼近的雷达波形与接收滤波器联合优化方法,不仅完成了对雷达谱的塑形,而且...     

基于三维原子范数的机载MIMO雷达STAP算法

针对机载多输入多输出（MIMO）雷达空时自适应处理（STAP）使用稀疏恢复技术时存在的格点失配问题,提出了一种基于三维原子范数的机载MIMO雷达STAP算法。该方法利用杂波空时谱在角度?多普勒域上固有的稀疏性,根据低秩矩阵恢复理论构造了基于三维连续原子集的MIMO雷达杂波信号稀疏恢复模型,避免了稀疏恢复中的格点失配问题,实现了杂波空时谱的高分辨率估计,有效提高了机载MIMO雷达STAP杂波抑制性能。仿真实验表明,本文方法在存在格点失配情况下的MIMO雷达STAP处理性能优于已有的基于字典网格的稀疏恢复方法和二维原子范数方法。     

基于空时采样矩阵的机载MIMO雷达杂波抑制方法

相对于传统机载相控阵雷达单输入多输出（SIMO）体制,多输入多输出（MIMO）机载雷达中的空时自适应处理（STAP）技术可以获得杂波抑制和动目标检测性能的大幅提升。但是传统机载MIMO雷达空时自适应处理所需要的计算量和样本需求量巨大,无法满足非均匀杂波环境和实时性要求。为了解决这一问题,本文提出了一种机载MIMO雷达空时自适应杂波抑制方法（clutter suppression based on space time sampling matrix, CSBSM）。该方法利用了杂波协方差矩阵的低秩特性,基于空时采样矩阵构造杂波协方差矩阵,并通过空时滑窗处理对杂波功率进行估计,在非均匀杂波环境下CSBSM方法仅需要单个样本即可实现对杂波的有效抑制。同时,由于空时采样矩阵和独立采样点位置可离线计算,因此CSBSM方法的运算量较小,适用于极端非均匀杂波环境。计算机仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于发射波束域-三迭代的机载MIMO雷达STAP方法

针对传统机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)中由于发射功率分散而造成的输出信杂噪比(SCNR)下降的问题,该文提出一种基于发射波束域-三迭代的机载MIMO雷达STAP方法。首先建立了发射波束域MIMO雷达STAP的信号模型,并且给出了发射波束加权矩阵的优化设计准则,能够使发射功率聚集于感兴趣的目标空域。然后对发射波束域MIMO雷达的杂噪比(CNR)进行分析,表明其与发射总功率的关系,理论推导显示：相比于全向等功率发射的传统MIMO雷达CNR,发射波束域MIMO雷达CNR减小。同时,为进一步降低发射波束域MIMO-STAP的训练样本数需求与运算复杂度,采用三迭代算法进行权值降维求解。理论分析与仿真实验结果表明：通过相应的三迭代降维处理,发射波束域MIMO-STAP与传统全向等功率发射MIMO-STAP相比能够获取更加优越的输出SCNR性能,且运算量进一步降低。因此,本文提出的发射波束域-三迭代方法具有重要的工程应用价值。     

一种分布式MIMO雷达正交波形和失配滤波器组联合设计方法

针对分布式MIMO雷达正交相位编码信号和其失配滤波器组分开设计输出的距离旁瓣电平仍然过高的问题,该文提出一种正交相位编码信号和失配滤波器组联合设计方法。首先,以约束信噪比损失和最小化失配滤波组输出的距离旁瓣电平为目标,构建联合设计准则。然后,根据最小p范数算法的理论,给出一种基于L-BFGS算法的双最小p范数算法进行求解。仿真结果表明,与分开设计方法相比,该文方法输出的距离旁瓣电平可以进一步降低。     

机载MIMO雷达杂波建模与特性分析

针对不同环境条件下的机载MIMO雷达地杂波建模问题,综合考虑了杂波幅度分布模型、杂波单元散射模型以及雷达系统参数模型,提出了一种基于复合模型的杂波建模方法;之后又进一步考虑阵元误差、通道误差和杂波起伏等非理想因素,建立了一种非理想条件下的机载MIMO雷达杂波统一模型;通过改变模型参数对各种杂波的幅度、后向散射系数、各种误差条件的空时二维似然谱和特征谱进行仿真实验。仿真结果表明,理想条件下机载MIMO雷达杂波谱具有良好的斜空时二维特性,但在非理想条件下杂波起伏剧烈,并且不同地貌环境起伏程度差别较大。     

基于杂波的收发分置MIMO雷达阵列位置误差联合校正方法

针对收发分置多输入多输出(MIMO)雷达发射端和接收端均存在位置误差的问题,该文提出一种基于杂波回波的收发阵列位置误差联合校正方法。该方法以最小化杂波回波数据的重构均方误差为准则,在杂波散射系数l1范数稀疏约束下,利用双迭代与凸优化方法对杂波散射系数和阵列位置误差参数进行联合优化求解,最终完成了对收发阵列位置误差的同时估计与校正。仿真实验表明了所提算法的有效性。     

基才多相编码和收发阵列设计的机载MIMO雷达STAP方法

针对提高MIMO雷达多信号间正交性问题．提出了基于遗传算法优化提高多相编码信号自相关峰值、降低互相关峰值方法,提高多发射信号间正交性,降低盲速影响。针对天线阵列稀疏导致盲速、阵元密布导致天线孔径过小问题,从等效天线特征出发,给出了一种发疏收密阵列结构,与多相编码信号结合,进行动目标检测。仿真实验证明,基于多相编码正交信号和收发阵列设计。MIMO STAP可实现良好动目标检测性能。     

基于D-optimality准则的多输入多输出雷达阵列设计

为了最小化参数估计的均方误差,提出了基于D-optimality准则(DOBC)的多输入多输出雷达天线几何设计方法。严格推导了天线几何在DOBC准则下需要满足的约束条件;进行了敏感性分析,DOBC准则下的天线几何只与目标方位角之差有关,而与具体的方位角值无关;并推导了远场条件下参数估计的克拉美罗界(CRLB),DOBC准则可以看成一种修正的CRLB,其为最大似然估计算法提供了更严格的下界约束。仿真结果表明,与最小冗余阵列、均匀阵列相比,DOBC准则下的天线几何具有更优越的参数估计性能,且其不受阵列孔径的约束,可以通过扩大孔径,进一步提高分辨力。但随着孔径的提高,方向图的伪峰值会升高,在低信噪比条件下,会造成很大的参数估计误差,因此需要根据实际应用需求,选择合适的孔径大小。     

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。     

一种基于拟牛顿法的MIMO雷达发射方向图综合方法

波形设计直接关系到MIMO雷达目标检测和参数估计的性能,通过设计发射互相关矩阵来分配空间发射功率是一类MIM0雷达渡形设计方法.本文在发射方向图综合的二次规划(Quadratic Programming,QP)模型基础上,提出了一种基于DFP拟牛顿法的MIMO雷达方向图综合设计方法,该方法用可变的一维搜索步长代替了最陡下降法的固定步长,并且不需计算Hesse逆矩阵.仿真结果表明,该方法复杂度低,较最陡下降法收敛速度快,并具有更好的数值稳定性,可以满足MIMO雷达发射方向图设计的要求.     

基于参考阵元的TDM MIMO FMCW雷达运动补偿方法

针对时分复用（time division multiplexing,TDM）多输入多输出（multiple-input multiple-output,MIMO）调频连续波（frequency modulated continuous wave,FMCW）雷达的速度-角度耦合问题,提出一种基于参考阵元的运动补偿方法.把MIMO阵列组合阵元T₁/R₁等效的虚拟阵元1选定为参考阵元,通过对参考阵元接收的2个调制周期信号进行处理,提取运动引入的相邻阵元相位差,利用该相位差构建相位补偿因子消除运动引入的相位,实现运动目标的精确角度估计.该方法采用固定的基于参考阵元的TDM时序,无需根据工作场景调整TDM时序,且不需要估计目标的速度,避免了模糊速度估计问题.仿真结果和实验结果验证了该方法的有效性.     

SIMFA信号用于机载雷达LPI性能分析

提出一种机载LPI(Low Probability of Intercept)雷达HPRF(High Pulse Repetition Frequency)波形,实现了波形设计产生、接收处理,同时对波形抗干扰性能、目标探测性能和LPI性能进行了分析。首先,从原理上对所设计SIMFA(SIMultaneous Frequency Agile)信号的产生方法进行了数学分析,给出波形产生方法;然后,对SIMFA信号的接收及信号处理方法进行研究,实现了单通道接收机对所设计波形的顺利接收;其次,对于电子对抗常用的两种干扰机--瞄准式窄带干扰机和信道化接收机,给出了SIMFA信号的抗干扰性能;再次,分析了SIMFA信号的目标探测性能,并给出提高目标探测性能的方法;最后,通过截获因子的分析,说明了SIMFA信号LPI性能的有效性。     

一种基于信道估计的MIMO雷达目标角度估计方法

MIMO雷达是一种新体制雷达。它的信号传输矩阵包含了我们需要的目标信息,如角度信息。本文首先建立了包含目标角度信息的MIMO雷达接收信号模型。然后根据MIMO雷达接收信号的统计特性,提出了新的MIMO雷达传输信道的估计方法,然后从传输矩阵中估计出目标角度信息。最后,我们通过仿真实验验证了本文方法的有效性。     

基于物理光学法的近场多入多出雷达成像模拟

针对点目标扩展函数(PSF)不能有效分析复杂目标在毫米波近场多入多出(MIMO)雷达成像中的散射机理问题，研究了一种基于近场物理光学散射计算数据的毫米波MIMO雷达成像模拟方法。该方法利用近场物理光学方法，获得包含阵列构型和目标散射信息的近场计算数据，并通过近场MIMO成像处理器实现近场MIMO成像的全过程模拟。利用D波段“T”字型二维稀疏MIMO阵对复杂的三维目标开展了近场成像实验，仿真和实验结果表明，模拟结果与实际成像结果有很好的一致性。该方法能够分析近场MIMO成像系统的成像性能，为近场MIMO成像的阵型设计提供支撑，揭示复杂目标的近场散射特性与成像机理。     

Joint transceiver vector precoding based on GMD method for MIMO systems

We heuristically propose a joint transceiver vector precoding (VP) based on geometric mean decomposition (GMD) method for multiple input multiple output (MIMO) systems. In fact, it is the generalization and improvement of the GMD transceiver with Tomlinson-Harashima precoding (THP). We first propose the GMD-VP design with zero forcing (ZF) criterion, then exploit the extended channel matrix to obtain the improved regularized scheme. Simulation results show that the proposed schemes obtain performance improvement and complexity reduction.