收藏本站
《西安电子科技大学》 2013年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

面向任务的MIMO雷达波形设计方法研究

刘韵佛  
【摘要】:随着雷达理论特别是信号处理算法和技术的日趋完善,通过改进接收端信号处理算法来提升雷达性能变得越来越困难,而通过雷达发射端特别是发射波形的设计和优化来提升雷达探测性能得到越来越多的重视。雷达根据环境变化自适应地调整自身发射波形,不仅可改善雷达检测、跟踪等方面的性能,同时使敌方的电子侦察及干扰更加困难。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达现已成为雷达技术领域的一个研究热点,它的发射天线和接收天线根据系统要求可以进行灵活布置并且每个辐射单元可以发射不同的信号波形,从而在抗截获、检测小雷达截面积(Radar Cross Section, RCS)目标、抑制杂波和提高目标参数估计精度等方面带来更好的性能。波形设计和优化是实现MIMO雷达波形分集优点的重要手段。目前,虽然很多学者对MIMO雷达波形设计方法进行了深入细致的研究,也取得了一些突破和成果,然而针对不同应用场合情况,以提高MIMO雷达探测性能为目的的波形设计与优化方法仍然有很多问题没有得到完全解决。 本文在前人工作的基础上,结合承担的科研项目,研究了针对不同应用场合下基于单站MIMO雷达的波形设计与优化方法,包括正交编码波形设计,方向图及其时域信号合成,面向检测与跟踪的MIMO雷达自适应波形设计等方面。具体工作概括如下: 首先,研究了雷达波形设计的基本方法。研究了论文中涉及到的几种信号形式的模糊函数,分析了它们的距离和多普勒分辨性能,并研究了频率分集MIMO雷达的空时频模糊函数。分析了在最大信杂噪比准则下频域波形与检测性能之间的关系;给出了在总能量约束下最优波形的能量谱密度;在此基础上,提出了在已知频域最优波形的情况下,一种时域调频信号的快速设计方法。 针对MIMO雷达正交波形设计与相关信号处理问题,提出了一种MIMO雷达正交多相码快速设计方法及相应的自适应脉压滤波方法。针对MIMO雷达正交码设计中信号自相关旁瓣和互相关最小化的多目标优化问题,采用一种基于分解的多目标进化算法进行解决。该方法将多目标问题转化为多个子问题并行求解,每个子问题的优化通过与近邻子问题之间的进化操作来完成,弥补了遗传算法计算量大、收敛速度慢、多样性不足等缺点。在接收处理端,考虑到由于设计出的波形无法做到完全正交,导致脉压后的回波中除了自相关旁瓣之外,MIMO雷达不同通道之间的回波还存在互相关干扰。针对以上问题,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,该方法利用对目标不同距离单元回波信息进行多次估计,进而自适应地对距离旁瓣和互相关干扰进行抑制,在一定程度上弥补了发射波形不完全正交造成的缺陷。 针对MIMO雷达中发射能量空间分配问题,研究了MIMO雷达的方向图合成以及后续相位编码波形设计方法。在Fuhrmann等人的MIMO雷达方向图合成模型基础上提出了一种基于DFT拟牛顿法的方向图合成方法,这种方法以增加变量数为代价,将功率约束转化为无约束的优化问题;搜索方法上,用当前迭代时刻的负梯度和上时刻的共轭方向的线性组合代替了最陡下降法的固定步长,并且不需计算Hesse逆矩阵。基于合成的方向图,分别研究了两种相位编码波形设计方法:基于概率分配的相位编码波形设计方法与低峰值平均功率比约束下的相位编码设计方法,在讨论相应优化函数的基础上分别研究了其优化方法。 针对面向目标检测的MIMO雷达波形设计问题,提出了一种基于多相编码的MIMO雷达自适应波形设计方法和一种OFDM-MIMO雷达信号的子载波系数优化方法。对于多相编码设计,采用一种交替搜索与检测工作方式对目标一维距离像进行多次估计,以逐步提高目标检测性能。将最大化信杂噪比作为优化目标,并针对杂波的慢时变特性提出了次最优的优化函数,在对目标函数的波形相位域梯度进行推导的基础上提出了一种相位域恒模共轭梯度优化算法。对于频率正交信号,讨论了发射OFDM波形的MIMO雷达信号的数学模型,基于广义似然检测提出了子载波系数优化的目标函数,并通过遗传算法求解最优值,在此基础上讨论了杂波和噪声对OFDM-MIMO雷达检测性能的影响。 针对单站MIMO雷达跟踪下的自适应波形设计问题,分析了面向目标跟踪的自适应波形设计框架,在此基础上提出了一种基于粒子滤波的MIMO雷达自适应波形设计方法。首先基于单载频高斯包络脉冲信号分析了系统的状态模型和量测模型,将参数估计均方误差作为波形设计准则,在每一次滤波结束时计算最优发射波形参数并反馈到发射端,以此来提高目标跟踪精度。对于单站MIMO雷达发射波形为OFDM信号的情况下,考虑到系统可能的非线性和非高斯性,采用粒子滤波作为跟踪滤波方法,以总发射能量为约束条件对OFDM信号的子载波系数进行优化,目的是使每次对目标跟踪PCRB矩阵的迹最小,以此来提高MIMO雷达对目标跟踪的精度。
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TN957.51

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 纠博;刘宏伟;李丽亚;吴顺君;;基于相位调制的宽带雷达波形优化方法[J];电子与信息学报;2008年09期
2 纠博;刘宏伟;何学辉;吴顺君;;多特征子空间波形优化设计方法[J];电子与信息学报;2009年12期
3 庄珊娜;张劲东;贺亚鹏;朱晓华;;基于凸优化的自适应子载波调制OFDM雷达波形优化设计[J];南京理工大学学报(自然科学版);2010年06期
4 胡亮兵;刘宏伟;刘保昌;吴顺君;;MIMO雷达发射方向图匹配和波形优化方法[J];西安电子科技大学学报;2009年06期
5 吴跃波;杨景曙;王江;;双基地MIMO雷达目标跟踪性能分析[J];系统工程与电子技术;2011年12期
6 魏轶旻;孟华东;毛滔;王希勤;;基于凸优化方法的认知雷达波形设计[J];现代雷达;2012年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘姜玲;刘姜涛;王小谟;;空间不合成平板端射阵列副瓣研究[J];电波科学学报;2011年02期
2 马晓峰;汤永浩;盛卫星;;多输入多输出雷达发射天线低旁瓣设计[J];电波科学学报;2012年06期
3 王鹏;崔琛;张鑫;;基于遗传算法的认知雷达稳健相位编码波形设计[J];电子信息对抗技术;2013年03期
4 江伟伟;唐霜天;涂刚毅;;基于最小二乘法的MIMO雷达发射信号设计[J];科学技术与工程;2013年03期
5 杨小军;闫了了;彭珲;张冉;;认知雷达研究进展[J];软件;2012年03期
6 邵丽丽;;基于博弈论的校园无线网络资源利用模型[J];通信技术;2012年07期
7 周生华;刘宏伟;刘保昌;尹奎英;;信噪比加权空间分集雷达目标检测算法[J];西安电子科技大学学报;2011年04期
8 刘韵佛;刘峥;谢荣;;互相关干扰下的MIMO雷达自适应脉冲压缩方法[J];西安电子科技大学学报;2011年04期
9 孙彬;李永祯;王国玉;赵锋;;基于最佳检测的雷达发射-接收极化联合优化方法[J];宇航学报;2012年04期
10 王勇;刘宏伟;纠博;杨晓超;;MIMO雷达稳健的自适应失配滤波器设计算法[J];西安电子科技大学学报;2012年04期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 邓晓波;杂波中的弱小目标检测与跟踪研究[D];电子科技大学;2010年
2 宗竹林;编队卫星SAR波形设计及成像技术研究[D];电子科技大学;2012年
3 庄珊娜;雷达自适应波形优化设计研究[D];南京理工大学;2012年
4 王克让;MIMO雷达角度估计及角闪烁抑制技术[D];南京理工大学;2012年
5 王勇;MIMO雷达稳健的自适应波束形成方法研究[D];西安电子科技大学;2012年
6 杨晓超;MIMO雷达自适应处理与波形设计研究[D];西安电子科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 曹伟;认知雷达的波形设计算法研究[D];电子科技大学;2011年
2 王占广;双基地MIMO雷达角度估计技术研究[D];电子科技大学;2012年
3 江伟伟;MIMO雷达模型与信号处理方法研究[D];中国舰船研究院;2013年
4 牛建栋;MIMO认知雷达波形设计与实现[D];西安电子科技大学;2013年
5 蔡茂鑫;大型面阵MIMO雷达射频隐身性能研究[D];电子科技大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 纠博;刘宏伟;何学辉;吴顺君;;基于凸优化的宽带雷达波形优化方法[J];电波科学学报;2009年02期
2 肖文书;;MIMO雷达中的信号检测[J];电子学报;2010年03期
3 马岸英,任光亮,田晓东;多载波无线电探测器信号波形设计[J];西北大学学报(自然科学版);2005年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 Daniel B.Koch;Willlam H.Tranter;陈宪;;使用互补相位编码和线性步进调频混合波形的处理原理[J];现代雷达;1990年06期
2 韩旭东,张春业,曹建海;MIMO OFDM无线局域网的性能分析及其关键技术[J];现代电信科技;2003年12期
3 易扬,张作富,吴睿;新一代移动通信系统中的MIMO技术[J];江西通信科技;2004年03期
4 易扬,张作富,吴睿;新一代移动通信系统中的MIMO技术[J];广东通信技术;2004年10期
5 杨宁;毕敏;谢显中;;MIMO中智能天线技术的应用研究[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2005年06期
6 郑珊珊;陈霞;谈振辉;;V-BLAST系统检测算法的比较[J];无线通信技术;2006年04期
7 张雯;李宏;何为超;;瑞利相关衰落下MIMO系统信道容量[J];弹箭与制导学报;2006年S4期
8 朱瑜;张海林;刘耀宇;;MIMO系统中分层结构的空时分组码[J];山西电子技术;2007年01期
9 孙恩昌;张冬英;;多用户联合检测算法研究[J];空间电子技术;2007年04期
10 先桁;代新敏;;几种MIMO信道模型的比较研究[J];贵州工业大学学报(自然科学版);2008年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王朝阳;朱瑞平;;用于无线通信的宽带双极化MIMO天线设计[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
2 潘成康;蔡跃明;徐友云;;基于最小速率的MIMO多接入信道容量和最优功率分配策略[A];第九届全国青年通信学术会议论文集[C];2004年
3 牛凯;贺志强;王晓湘;吴伟陵;;MIMO迭代接收的进展[A];通信理论与信号处理新进展——2005年通信理论与信号处理年会论文集[C];2005年
4 顾敬民;梁涛;于勇;;一种新的MIMO发射功率分配算法研究[A];通信理论与信号处理新进展——2005年通信理论与信号处理年会论文集[C];2005年
5 于翠波;李道本;;MIMO在HCS中应用的研究[A];现代通信理论与信号处理进展——2003年通信理论与信号处理年会论文集[C];2003年
6 朱秋琴;张天平;杨月全;;一种改进的MIMO时滞系统的自适应神经网络控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 张利军;张蕊;杨红;;基于散射体分布MIMO信道模型的均匀线阵与圆阵性能比较[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
8 姜文;李超;刘英;龚书喜;艾浩;;新型一体化MIMO阵列天线[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
9 杜江;彭启琮;邵怀宗;;空时MIMO无线通信系统的链路分析及其仿真器设计[A];现代通信理论与信号处理进展——2003年通信理论与信号处理年会论文集[C];2003年
10 王刚;董江波;李道本;;MIMO LAS-CDMA系统中基于插值信道估计的导频结构设计[A];2003’中国通信学会无线及移动通信委员会学术年会论文集[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 琇文;MIMO战已经开打 未来将无所不在[N];电子资讯时报;2005年
2 ;我爱MIMO[N];网络世界;2004年
3 国家知识产权局知识产权发展研究中心 王雷 国家知识产权局专利局 戴妮;中国已成MIMO专利第四大原创国[N];通信产业报;2008年
4 勤誉;WLAN企业高唱MIMO[N];电子资讯时报;2005年
5 高愉;MIMO增强无线性能[N];中国计算机报;2003年
6 杨阿昭;MIMO推动Wi-Fi[N];中国计算机报;2004年
7 CPW记者 张戈;NETGEAR MIMO G 改善无线网络环境[N];电脑商报;2005年
8 陈代寿;MIMO提高信道容量[N];中国计算机报;2005年
9 ;MIMO开辟多条无线快车道[N];网络世界;2004年
10 ;WLAN加入安全、管理元素[N];中国计算机报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘韵佛;面向任务的MIMO雷达波形设计方法研究[D];西安电子科技大学;2013年
2 张宇;MIMO雷达波形设计及信号处理相关技术研究[D];南京理工大学;2011年
3 晁淑媛;MIMO雷达若干关键技术研究[D];西安电子科技大学;2011年
4 朱兰香;基于电磁环境感知的MIMO雷达信号处理的理论与方法研究[D];吉林大学;2013年
5 张伟;机载MIMO雷达空时信号处理研究[D];电子科技大学;2013年
6 段军棋;正交波形MIMO雷达信号设计及处理研究[D];电子科技大学;2009年
7 刘志国;MIMO雷达参数估计算法研究[D];西安电子科技大学;2012年
8 胡亮兵;MIMO雷达波形设计[D];西安电子科技大学;2010年
9 周生华;分集MIMO雷达目标散射特性与检测算法[D];西安电子科技大学;2011年
10 黎薇萍;多发射认知雷达的波形优化设计[D];西安电子科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 牛建栋;MIMO认知雷达波形设计与实现[D];西安电子科技大学;2013年
2 覃春淼;MIMO雷达波形设计[D];西安电子科技大学;2013年
3 施群;混沌信号在MIMO雷达波形设计中的应用研究[D];南京航空航天大学;2010年
4 吕红芬;MIMO雷达正交波形设计[D];西安电子科技大学;2011年
5 刘嵩;MIMO雷达波形设计及参数估计研究[D];南京理工大学;2013年
6 顾浩;MIMO雷达的目标定位及性能分析[D];南京理工大学;2013年
7 刘帅;MIMO雷达多目标参数估计[D];南京航空航天大学;2010年
8 江伟伟;MIMO雷达模型与信号处理方法研究[D];中国舰船研究院;2013年
9 余国辉;基于MIMO雷达的目标恒虚警检测研究[D];南京航空航天大学;2010年
10 张恒;MIMO雷达发射方向图设计及DOA估计的研究[D];西安电子科技大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026