MIMO雷達目標檢測和波形設計及在天波超視距雷達中的應用.pdf

1、多輸入多輸出（MIMO）雷達系統(tǒng)具有多個獨立發(fā)射天線和多個獨立接收天線。分置天線MIMO雷達各收發(fā)天線以較大間隔分開放置可形成多個獨立收發(fā)通道。共置天線MIMO雷達各發(fā)射天線可發(fā)射不同波形。
　　天波超視距（OTH）雷達系統(tǒng)已經(jīng)成為空中海面早期預警的重要手段之一。OTH雷達發(fā)射信號可通過電離層反射、克服地球曲線影響、檢測并跟蹤數(shù)千公里以外的目標。隨著對 MIMO雷達研究的逐步深入，MIMO雷達技術的優(yōu)勢正被引入到OTH雷達中。本文

2、將采用MIMO技術的OTH雷達系統(tǒng)稱為MIMO-OTH雷達。
　　針對 MIMO雷達目標檢測和波形設計以及在 MIMO-OTH雷達系統(tǒng)中的應用，本文的主要貢獻及工作包含以下幾個方面：
　　(1)非高斯雜波下分置天線MIMO雷達的動目標檢測研究
　　目前關于分置天線 MIMO雷達的目標檢測理論，多是假定雜波服從高斯分布，但在實際情況中，雜波往往呈現(xiàn)非高斯特性。文中首先給出了幾種在高斯雜波模型下推導的檢測器，然后構造了服從

3、Log-Nomal（LN）分布的非高斯雜波模型，分別針對高斯雜波和非高斯雜波模型，對分置天線 MIMO雷達和相控陣雷達進行了系統(tǒng)性能仿真，并在非高斯雜波模型下，對不同目標速度下各雷達系統(tǒng)的檢測器性能進行了比較，最終通過對比得到了在非高斯雜波背景下MIMO雷達性能的結論，這些結論具有工程參考價值。
　　(2)基于壓縮感知（CS）的分置天線MIMO雷達動目標檢測
　　文中研究了基于 CS的MIMO雷達動目標檢測問題。在傳統(tǒng)集中式

4、 MIMO雷達信號處理中，需要對二維目標速度做搜索，從而產(chǎn)生巨大運算量，本文提出了將CS技術用于MIMO雷達動目標檢測，從而大幅度降低運算量。推導了CS MIMO雷達動目標檢測器。仿真實驗中定量分析了采用CS技術所降低的計算量，同時對比了CS MIMO雷達和傳統(tǒng)集中式MIMO雷達的動目標檢測性能。
　　(3) MIMO雷達發(fā)射方向圖與波形設計
　　研究共置天線MIMO雷達發(fā)射方向圖與波形設計問題。本文提出了將各發(fā)射波形構造為

5、一組具有正交特性的離散長球（DPS）序列的加權求和。不同發(fā)射波形采用同一組DPS序列和不同權值系數(shù)，因此可通過調(diào)節(jié)各發(fā)射波形的權值系數(shù)靈活改變各發(fā)射波形間的相關性。在總能量一定的約束條件下設計發(fā)射波形來擬合期望發(fā)射方向圖。不同于傳統(tǒng)兩步設計過程：先設計波形協(xié)方差矩陣，再根據(jù)所設計的協(xié)方差矩陣綜合出優(yōu)化波形，本文利用DPS產(chǎn)生原理，提出了一種新的MIMO雷達發(fā)射方向圖和波形設計方法，僅需一步便可直接設計發(fā)射方向圖和波形，仿真驗證了本文所提

6、出方法的有效性。
　　(4)認知MIMO雷達LFM波形設計
　　根據(jù)感知的目標和雜波加噪聲的統(tǒng)計特性，本文提出了不同發(fā)射天線發(fā)射的線性調(diào)頻（LFM）波形可具有不同的起始頻率和帶寬，通過最大化認知 MIMO雷達系統(tǒng)接收端信雜噪比（SCNR），在可利用頻率范圍和發(fā)射總能量一定的約束條件下，優(yōu)化設計起始頻率和帶寬等LFM波形參數(shù)，得到MIMO雷達波形。仿真實驗表明，設計出的優(yōu)化 LFM波形是一組非正交波形，且其帶來的性能優(yōu)于傳統(tǒng)M

7、IMO雷達中常用的頻率擴展（FS）LFM波形所帶來的性能。
　　(5)發(fā)射分置接收共置MIMO-OTH雷達波形設計
　　針對發(fā)射分置接收共置MIMO-OTH雷達系統(tǒng)研究了波形設計問題。考慮到MIMO-OTH雷達的可利用頻率通常因傳播特性被限制在某一小段頻段內(nèi)，采用具有良好帶限特性的DPS序列，通過對其加權求和來構造發(fā)射波形。在發(fā)射總能量一定的約束下，以最大化MIMO-OTH雷達系統(tǒng)目標檢測概率為優(yōu)化準則，設計出MIMO雷達波

8、形（優(yōu)化波形既可以是正交的也可以是非正交的）。仿真給出了不同發(fā)射天線數(shù)下優(yōu)化波形對應的檢測性能。
　　(6)分置天線MIMO-OTH雷達波形設計
　　研究了分置天線 MIMO-OTH雷達下的波形設計問題。采用復合準拋物線（MQP）電離層模型描述電離層特性，并利用MQP模型計算各收發(fā)路徑對應的時延和目標多普勒頻率。在動目標場景下，以最大化分置天線MIMO-OTH雷達檢測概率為優(yōu)化準則，設計MIMO雷達波形。在更一般情況下分析了