MIMO雷达正交频分LFM信号设计及性能分析

多输入多输出(MIMO)雷达是最近提出的新的雷达技术,在发射端全向发射正交信号,在接收端对接收信号进行匹配滤波处理来恢复发射信号分量,因而信号的正交性好坏是MIMO雷达实现的关键。该文分析了正交频分线性调频(OFDLFM)信号的互模糊函数,对互相关峰值旁瓣电平出现的位置及幅度大小进行了分析,给出了最小化OFD-LFM信号间互相关影响的参数之间的关系。通过对信号互相关的仿真结果及对目标回波信号匹配滤波的仿真结果,证明了理论分析的正确性。     

一种临近空间MIMO雷达空时自适应处理方法

鉴于MIMO雷达多信号问正交性和天线阵列结构影响其动目标检测性能,提出了基于遗传算法优化提高自相关峰值并降低互相关峰值方法,从而实现了多信号间良好正交性,基本抑制了盲速的影响．基于得到最大连续孔径思想,给出了一种阵列结构,在不显著增加天线阵列长度奈件下,与正交信号结合,实现了MIMO空时自适应处理（STAP）．仿真实验表明,基于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．     

一种空时联合优化的MIMO雷达波形设计方法

针对多输入多输出(MIMO)雷达波形设计中空域合成信号的时域特性较差的情况,提出了一种空时联合优化的MIMO雷达波形设计方法．该方法在波形设计中对波形的空域功率分布以及空域合成信号的自相关特性进行了联合考虑．基于空域信号的自相关旁瓣电平以及各阵元信号间的相关性,对集中式MIMO雷达的正交波形设计与具有特定方向图的波形设计建立了统一的优化模型,并采用序列二次规划方法与加权迭代方法求解．仿真结果表明,文中所设计的波形不仅能够很好地逼近期望方向图,而且空域合成信号具有较好的自相关特性．     

互相关干扰下的MIMO雷达自适应脉冲压缩方法

MIMO雷达各阵元发射波形之间一般不完全正交,用传统脉冲压缩方法处理会导致较高距离旁瓣电平,进而影响检测性能.在建立单站MIMO雷达回波模型的基础上,以最大化系统输出信号与干扰噪声比为准则,提出了一种基于迭代思想的MIMO雷达自适应脉冲压缩方法.该方法利用对目标距离像信息的多次估计值,自适应地对距离旁瓣、互相关干扰和噪声进行抑制.仿真实验表明,针对发射多相编码信号的MIMO雷达,该算法可以显著降低距离旁瓣,且在目标运动和多目标情况下也优于传统处理方法.     

用混沌序列降低MIMO雷达波形自相关旁瓣和互相关

基于混沌序列的良好相关性和随机性,提出了一种使用混沌序列降低多输入多输出雷达波形自相关旁瓣和互相关的方法.通过不同初值迭代得到混沌序列,然后经过相应的量化和四相编码得到混沌波形.由于不同混沌波形的自相关旁瓣不相关,同时,不同混沌波形的互相关也不相关,因此通过多脉冲压缩积累能够有效地降低自相关旁瓣和互相关在多输入多输出雷达中的影响.输出结果具有较低的旁瓣峰值,从而提高了检测性能。     

MIMO雷达正交相位编码信号的代数设计方法

针对多输入多输出雷达正交相位编码波形设计中数值优化方法计算量和存储量较大、效率较低的问题,提出一种代数理论设计方法．首先利用逆归约相乘法求解产生序列族所需的多项式;然后构造以该多项式为特征多项式的线性迭代方程,并通过线性移位寄存器求解而获得序列族;最后将该序列族映射为信号码集从而完成波形设计．仿真结果表明,该方法设计的波形恒模,并且具有低的自相关峰值旁瓣电平和互相关峰值电平．与数值优化方法比较,码集序列数量大,波形产生速度快．     

星载多发多收SAR多维编码波形设计与分析

多发多收合成孔径雷达(MIMO SAR)解决了传统SAR存在的高分宽幅矛盾。为提高MIMO SAR对通道之间干扰能量的抑制能力,采用多维波形编码技术进行系统设计,并研究了MIMO SAR的波形设计问题。针对两种新型信号形式：正负线调频信号及正交频分复用调制线调频信号,与短时移正交信号(STSO)进行对比分析及成像实验验证。根据MIMO SAR多个孔径同时发射信号、多个孔径同时接收回波的特点,结合多维波形编码技术进行回波处理。在俯仰维,利用数字波束合成技术进行多个子测绘带的划分,实现大测绘带成像;在方位维,利用多通道重构算法将周期非均匀采样的回波恢复为均匀采样,实现高分辨率成像,在此基础上开展新体制SAR发射信号的设计与成像实验验证。实验结果表明,较之其他两种信号,STSO信号的峰值旁瓣比、积分旁瓣比及分辨率等性能最优,对模糊能量抑制更为彻底,在MIMO SAR中性能良好,与传统SAR的性能近似。STSO在MIMO SAR体制中具有良好聚焦性能,且各项成像指标良好,在一定程度可降低系统设计的复杂度。     

采用相关函数的OFDM雷达通信共享信号处理算法

针对脉冲体制下正交频分复用雷达-通信共享信号处理问题,提出一种基于相关函数的共享信号处理算法．首先对回波信号补偿脉间多普勒频移;然后与发射信号取相关并进行积累;最后对相关函数取模值平方,得到目标函数在距离多普勒域的二维输出．研究了通信调制对算法的影响,推导了算法的主瓣均值与旁瓣均值,并分析了多普勒对主瓣峰值均值以及旁瓣均值的影响．仿真实验验证了文中算法的正确性,并确定了算法的应用范围．     

NLFM-Costas射频隐身雷达信号设计及分析

为了降低雷达信号被无源探测系统截获的概率,本文提出了脉间Costas频率编码、脉内非线性调频的NLFM-Costas复合信号,理论上分析了信号模型,通过数值仿真得到NLFM-Costas信号的功率谱(PSD)、模糊函数、峰值旁瓣电平(PSL)和积分旁瓣电平(ISL)等。结果表明,NLFM-Costas复合信号具有近似"图钉型"模糊函数,自相关性能良好。该信号相比NLFM信号、Costas信号及LFM-Costas复合信号均具有更好的射频隐身性能,在现代战场环境下具有良好的应用前景。     

基于协方差拟合的MIMO雷达高精度DOA估计算法

为了实现多输入多输出(multiple input and multiple out,MIMO)雷达高精度波达方向(direction of arrival,DOA)估计,结合协方差拟合算法和矩阵预处理算法给出解决方案.首先,针对MIMO雷达信号模型进行建模仿真,利用协方差拟合准则得到更接近理论值的协方差信号矩阵,用凸优化方法进行求解;针对噪声和相干信号对估计精度的影响,引入矩阵预处理方法对雷达接收信号进行额外的处理.然后,通过酉变换利用ESPRIT算法对MIMO雷达俯仰角和方位角进行联合估计,降低算法整体DOA估计运算量.最后,通过实验表明,本文所提出算法能在不增加运算量的前提下,有效提高MIMO雷达DOA估计精度.     

基于互信息理论的MIMO天波超视距雷达波形优化方法

多输入多输出（MIMO）天波超视距雷达（OTHR）技术在雷达发射端发射低增益宽波束,在接收端进行波束形成得到高增益的窄波束,可以满足多层电离层探测和杂波抑制的需求。该文将两层电离层结构应用到MIMO-OTHR中,并针对OTHR杂噪比（CNR）比较高的特点,提出一种互信息理论方法对发射波形进行自适应优化。仿真结果表明该方法明显提升了目标距离分辨率和检测概率,说明在MIMO-OTHR中,经过合理的波形优化,可以利用多径回波改善雷达系统性能。     

分布式MIMO雷达的低截获特性分析

针对距离因子不适用于分析组网雷达低截获特性的问题,提出了能够定量衡量双基地雷达低截获特性的参数,并将其推广到组网雷达的情况．通过绘制参数的等值线图对分布式MIMO雷达的低截获特性进行了分析,给出了在不同空间分布下的MIMO雷达系统的“静寂”探测范围．仿真结果表明,相对于单基地雷达,分布式MIMO雷达系统的低截获特性不仅与雷达参数有关,还与系统中发射机与接收机的空间分布有关．分析表明,提高空间分集增益是实现低截获MIMO雷达的关键．     

MIMO雷达波达方向估计的性能分析

针对单基地多输入多输出雷达波达方向估计精度问题,推导了单目标情况下波达方向估计的克拉美罗界．结果表明波达方向估计精度取决于收发阵列的导向矢量以及发射信号的相关矩阵,当发射阵元间距为半波长时,多输入多输出雷达波达方向估计的克拉美罗界在大部分角度范围内优于相控阵雷达．多输入多输出雷达还能够通过增大发射阵元间距来得到更小的克拉美罗界,从而获得远优于相控阵雷达的波达方向估计性能．     

Waveform Design for MIMO Radar with One-Bit DACs via Block-Sparse Semidefinite Relaxation

Multiple-input multiple-output (MIMO) systems which deploy one-bit DACs are at-tractive in many fields, such as wireless communications and radar. In this paper, the problem of transmit waveform design in MIMO radar system with one-bit DACs is investigated. By appropri-ately designing the transmitted QPSK signal waveforms, the majority of radiated energy can be fo-cused into the mainlobe region(s) by minimizing the integrated sidelobe to mainlobe ratio (ISMR) of beampattern, such that the intensity of backscattered signals from targets can be enhanced. However, the resulting optimization problem which consists of constrained fractional quadratic problem (CFQP) is noconvex. To tackle this problem, a block-sparse semidefinite relaxation meth-od is first utilized to reformulate the CFQP into a reduced convex semidefinite programming (SDP). Further, a customized interior point algorithm (IPA) is developed to solve the small-scale SDP. Finally, the desirable one-bit transmit waveform sequence can be properly synthesized by us-ing Gaussian randomization method. Numerical simulation results demonstrate that the proposed method offer better performance than the state-of-the-art algorithms.     

Efficient design method for the low correlation zone orthogonal polyphase code

Multiple input multiple output (MIMO) radar can fundamentally improve radar performance by using the orthogonal polyphase code with a low correlation zone(LCZ) in some conditions. A novel approach based on the prediction model is proposed to design such orthogonal signals more efficiently and more effectively than the traditional optimization method. An initial polyphase code set with a short code-length is randomly generated as a basis first, and then minimizing the weighed energy of autocorrelation sidelobes and cross-correlation in the LCZ to predict the next code of each signal continuously, until reaching any appointed code-length. Compared with the common optimization methods, the computational complexity is lower due to the recursive calculation of the correlation function, and especially, the obtained waves have a lower autocorrelation peak sidelobe and cross-correlation peak, meeting the deduced theoretical bound of the ratio of peak sidelobe to mainlobe.     

混合双基地雷达系统结构对方位估计性能的影响

建立了兼具传统相控阵雷达和多输入多输出(MIMO)雷达特点的混合双基地雷达系统结构,综合考虑传统相控阵的相干处理增益和MIMO雷达的空间分集增益对目标方位估计性能的影响．给出接收角(AOA)和发射角(AOD)估计的CRB,通过对不同结构下系统CRB的分析来判断估计性能的优劣．分析表明: 估计AOA时,接收端采用相控阵结构,发射端采用混合结构,可以提高估计性能;发射端采用相控阵结构而接收端采用尽可能多的接收阵列,可以获得较好的估计性能．在实际应用中,需要折中考虑不同结构中相干处理增益和空间分集增益对系统估计性能的影响．