集中式MIMO雷达部分相关波形设计与处理

该文针对集中式MIMO雷达发射方向图设计与波形设计无法分离,以及接收端如何提取信号多样性自适应地抑制杂波和干扰这两个问题,展开了深入研究。首先,给出了一种改进的快速发射波束形成算法,该算法能够有效地将发射方向图设计和波形设计分离。同时,为了避免发射信号相关矩阵出现奇异性导致信号多样性无法提取的问题,提出了采用特征值加载修正信号相关矩阵的方法。接着,给出了采用上述发射波形的MIMO雷达的接收阵列信号处理框架,证明了经过匹配处理后的阵列输出可以最大程度地恢复信号多样性信息。仿真实验表明,采用这种部分相关发射波形的MIMO雷达仍然能够充分利用信号多样性带来的额外自由度,有效抑制干扰和杂波。

一种低截获背景下的集中式MIMO雷达快速功率分配算法

针对集中式MIMO雷达同时跟踪多批机动目标场景,该文提出一种低截获背景下的快速功率分配算法。首先,将目标机动过程建模为自适应当前统计(ACS)模型,并采用粒子滤波对各目标状态进行估计。其次,对条件克拉默-拉奥下界(PC-CRLB)进行推导,并基于目标运动特性和电磁特性构建目标综合威胁度评估模型。随后,将目标跟踪误差评估指数和雷达未被截获概率的加权和作为优化目标,建立了关于发射功率的优化模型,利用目标函数单调递减性质,提出了一种基于序列松弛的求解算法进行模型求解。最后,通过仿真验证所提算法的有效性和时效性。结果表明,所提算法能够有效提高目标跟踪精度和雷达系统低截获性能,相比采用内点法求解运算速度提高近50%。

基于集中式MIMO雷达的多目标跟踪功率分配优化算法

针对集中式MIMO雷达对多个运动目标进行跟踪的问题,提出一种基于后验克拉美罗下界的功率分配方法。首先给出了多个运动目标定位误差的后验克拉美罗下界,并将其作为代价函数进行优化,从而将雷达功率分配转化为求解凸优化问题;然后,运用SDP算法对该凸优化问题进行处理,将其转化为SDP问题并求解,从而实现对雷达功率的优化分配;最后,通过仿真验证了算法的有效性。结果表明,与功率平均分配和一种基于最大信噪比的贪婪算法相比,该功率优化分配方法能明显提高目标跟踪精度。

基于认知跟踪的集中式MIMO雷达功率分配算法

针对集中式MIMO雷达执行多目标跟踪任务时,现有功率分配算法计算量较大且准确性较差的问题,提出了基于认知跟踪的集中式MIMO雷达功率分配算法。该算法首先对各目标位置误差的后验克拉美罗下界进行预测,而后将预测值作为代价函数构建优化模型,从而将功率分配问题转化为凸优化问题,最后运用SDP算法进行求解。仿真实验表明,所提算法在不同场景下均能有效提升目标跟踪精度,表现出了良好的鲁棒性。

一种改进的双基集中式MIMO雷达波束形成方法

为了能够在双基集中式MIMO(Bi C-MIMO)雷达波束形成过程中降低计算复杂度和节省存储量,提出一种改进的Bi C-MIMO雷达波束形成方法。提出的Bi C-MIMO雷达波束形成方法通过空时匹配滤波将匹配滤波和发射波束形成结合在一起处理,计算复杂度和存储量都在一定程度上有所减少,尤其是当雷达阵列规模较大时,优势更为明显,便于在工程应用中实现。基于Matlab平台进行了仿真验证,仿真结果表明,提出的Bi C-MIMO雷达波束形成方法在计算复杂度和存储量方面都优于经典方法。

集中式MIMO雷达研究综述

多输入多输出(MIMO)雷达作为一种新体制雷达,利用其发射波形分集的特点,在目标检测、参数估计、射频隐身及抗干扰等诸多方面展现出了突出的性能,经过学者们近20年的深入研究,基于正交波形的MIMO雷达相关理论日臻完善,并在汽车辅助驾驶、安全防卫等领域得到广泛应用。近年来,随着电磁环境感知及知识辅助等概念的引入,基于波形优化的MIMO雷达主动抗干扰、射频隐身、以及探测-通信一体化等技术受到学者们的关注并得到深入研究。该文力图对学者们近20年来围绕MIMO雷达的研究工作进行归纳与综述,内容主要包括:正交波形MIMO雷达原理、目标探测性能分析、典型应用;正交波形MIMO雷达波形设计与特点;基于知识的认知MIMO波形设计与算法;基于MIMO的探测-通信一体化波形设计与算法;MIMO雷达信号处理、数据处理及资源管理。论文最后对MIMO雷达在机载应用中的空时处理(STAP)、MIMO雷达在成像中的信号处理、以及基于时分多波形分集的线性调频毫米波MIMO雷达信号处理等进行了讨论。

集中式MIMO雷达数据结构特征最优检测方法

针对集中式MIMO雷达目标检测与参数估计问题,提出一种提高MIMO雷达参数估计性能和检测的优化方法。该方法利用接收数据协方差斜对称特性,在广义似然比准则下,线性规划检测目标。仿真结果表明,该方法可以提高雷达目标的检测概率及参数估计的准确度,同时可较好地抑制旁瓣,运行时间更短。

目标方位不确定时MIMO雷达鲁棒STAP波形设计

集中式MIMO雷达支持不同阵元发射正交或非正交波形,实现波束在空间能量分布设计,从而获得良好的检测和杂波抑制性能。当存在相干干扰时,通常采用最大化最差角度的信杂噪比来设计波形;当目标角度不确定时,该问题呈现非凸属性,导致难以获得最优解。利用非负三角多项式的半正定表示引理,将上述问题转化为半正定凸优化问题求解,并针对算法维数过大容易失效的问题,引入杂波矩阵秩近似方法进行了优化。与已有鲁棒波形设计算法相比,该鲁棒波形在仿真条件下具有更好的检测性能。

集中式MIMO雷达多模式一体化波形设计

集中式多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)雷达系统基于波形分集优势,可灵活改变发射方向图形状和指向方向空间合成信号的特性,从而实现多种雷达工作模式。提出了一种集中式MIMO雷达多模式一体化波形设计方法,采用方向图模板拟合、模糊函数模板拟合以及通信波形拟合的方式优化不同方向上的合成信号,使其具有不同特性,从而在单脉冲时间内实现搜索、跟踪和通信功能。采用最大块增量优化算法对构造的恒模四次多项式优化模型求解。实验结果表明,该方法可以得到具有低旁瓣模糊函数的搜索与跟踪波形,并且满足通信需求。

MIMO雷达鲁棒目标检测的脉内和脉间联合波形设计

针对方位和多普勒信息均不确定条件下集中式MIMO雷达的稳健目标检测问题,基于最大化最差输出信干噪比(SINR)的波形设计准则,利用半定规划(SDP)优化来交替优化发射波形和接收滤波器.为进一步提升检测性能,采用脉内和脉间联合设计波形.最后分析了波形的峰均比约束对输出SINR性能的影响.仿真结果表明,与单纯脉内和单纯脉间波形相比,联合波形具有更加鲁棒的输出SINR性能.

基于相位域乘子法的MIMO雷达抗干扰波形设计快速优化方法

研究了在相似性约束下的多输入多输出(MIMO)雷达恒模波形设计问题。在存在信号依赖性干扰和高斯白噪声条件下,以最大化信干噪比为目标函数,以恒模和相似性为约束构建了数学优化模型,并采用迭代方式对发射波形和接收滤波器进行更新。在对波形序列优化过程中,由于恒模约束是非凸的,该数学优化模型为一非凸数学优化问题,计算难度较大。文中提出了相位域乘子法对MIMO雷达恒模波形优化问题进行快速求解。该算法将对恒模波形序列的直接优化问题转化为对波形相位序列的优化问题,降低计算复杂度。通过数值仿真手段将该算法与现有方法进行比较,结果证明了该算法能够有效获得具有低自相关积分旁瓣水平的波形,且具有较低的计算复杂度。

基于频域划分和PMF的MIMO雷达波束形成方法

在高动态下传统双基集中式多输入多输出(MIMO)雷达收发波束形成方法实现存在复杂度高的问题。针对这一问题,提出了一种基于频域划分和部分匹配滤波(PMF)的双基集中式MIMO雷达收发波束形成方法。所提方法通过先对多普勒频率在频域进行划分,然后在各小多普勒频率通道内利用基于PMF的波束形成方法进行数据处理,从而降低了工程实现的复杂度。仿真结果表明,所提方法能够在保证波束形成性能的条件下有效降低工程实现的复杂度,便于工程应用。

天基MIMO雷达统一杂波模型及特性分析

天基MIMO雷达杂波特性分析对其杂波抑制技术研究具有重要意义.在分析天基统计MIMO雷达与杂波几何关系的基础上,构建了天基MIMO雷达杂波统一模型.根据模型对天基集中式MIMO雷达(单基地MIMO雷达、双基地MIMO雷达)和天基统计MIMO雷达进行了杂波特性仿真分析,验证了模型的通用性.仿真结果表明,受地球自转影响,天基雷达的空时杂波谱均存在弯曲和展宽,天基MIMO雷达的非线性变化程度小于天基相控阵雷达;对于统计MIMO雷达系统而言,可从多个角度观测目标,接收到的不同发射雷达的杂波脊线不重合,有利于后续的杂波抑制.

基于防撞雷达的分集相控阵设计方法

常规相控阵雷达通过移相发射空间合成的相参信号形成能量聚集的天线方向图,由于收发天线复用因此所合成的天线孔径要低于收发分置的MIMO雷达。该文首先通过理论推导MIMO雷达在探测性能上和相控阵雷达的一致性及区别,指出MIMO雷达的实质优势在于发射波束的数字赋形。然后设计一种基于防撞雷达的分集相控阵,发射端采用相控体制,接收端采用DBF数字波束形成,通过分析移相器位数对该雷达性能的约束,证明在指定波束指向上该雷达在避免产生正交信号的前提下能达到和MIMO雷达相同的虚拟孔径性能。最后通过计算机仿真,验证该方法的有效性和可行性。采用该雷达体制在保证合成波束宽度的前提下,能有效降低接收通道数,从而有效降低雷达成本并提高通道一致性。