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多目标雷达波形优化设计算法研究

瞿建  
【摘要】:雷达系统的波形设计是雷达探测的关键技术,基于不同的雷达任务需求,不同的波形被应用,包括最低旁瓣发射波形、认知波形以及正交波形等等。多目标雷达波形优化设计针对的是多种需求下的波形设计问题。本论文波形的优化主要分为两个方向,即先优化波形的谱函数再搜索谱函数拟合较好的时域恒模波形和直接时域波形优化。针对星载雷达的单发射波形设计,本论文提出一个平衡模型,同时兼顾波形的互信息、积分旁瓣与主瓣能量加权和。相比两种传统模型,能够获得较大互信息的同时还具有良好的脉冲压缩性能。本论文针对不同需求使用三种不同的方法求解。一是针对不考虑杂波条件下,通过一阶泰勒展开近似,得到线性约束二次规划模型,方便求解,计算量小,但得到的是近似解。二是针对有噪声、杂波的复杂条件下,通过改进差分进化算法去优化,得到更精确的解,计算量有所增加。三是针对多选择调度条件下,采用NSGA-II得到多组解,选择更多,缺点是解不够平滑,且计算量较大。最后,基于相位逗留原理得到时域恒模波形,并采用Momentum算法进一步优化相位以降低频谱泄露,使得波形谱函数更接近期望谱函数。针对MIMO雷达的多发射波形设计,除了波形自身的自相关性能外,波形之间的正交性对探测性能也十分重要。传统LFM信号正交性好,多普勒容忍性好,但只能产生两组,要得到更多组可以采用分段方法。传统的分段方法都是固定分段数,本论文增加优化自由度,即将分段数也作为优化变量,提出一种可变分段LFM波形形式,并使用遗传算法进行优化,从而得到多组正交波形。相比其他几种传统正交波形,本论文的波形互相关峰值电平最低,所以波形之间的正交性最好,但自相关旁瓣电平较高。通过分析模糊函数可知,该波形还具有很好的多普勒容忍性。然后结合失配滤波方法在保证主瓣不展宽并约束输出信噪比损失条件下大大降低了旁瓣。最后针对可变分段LFM波形匹配滤波主副比差的缺点,用NLFM信号替换LFM信号得到一种可变分段NLFM波形,和前者相比,在互相关性能略微损失条件下,自相关旁瓣电平得到较大的抑制,且没有加窗产生的输出信噪比损失。但该波形匹配滤波后的主瓣会有展宽,且多普勒容忍性会降低。


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