MIMO雷达的低旁瓣发射波束图优化设计方法

针对经典发射波束图匹配设计方法存在的旁瓣能量高、被截获距离远等缺点,借助最大化目标与旁瓣峰值的功率差、最小峰值旁瓣电平及最小积分旁瓣电平等准则,提出了低旁瓣发射波束图优化设计方法。该方法通过设计合适的协方差矩阵,进而合成符合预期的发射波束图,使多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达在旁瓣区域上辐射的能量尽可能小,提升了雷达的抗截获性能。仿真实验证明,当设置相同的匹配误差时,该方法在多目标场景下得到的波束图旁瓣最低可达到-29.46 dB,较经典方法的旁瓣低16.88 dB。

集中式MIMO雷达发射方向图快速设计方法

该文提出了任意发射方向图可以由一组基波束合成的思想。基于该思想,先对集中式MIMO雷达阵列进行切比雪夫幅度加权构造出一组具有较低副瓣的基波束,然后利用线性规划来快速求解出构成方向图的基波束和其比例系数。与已有的半正定二次规划方法相比较,采用线性规划综合出来的发射方向图具有较低的空域副瓣和较小的空域互相关,并且计算时间较快。

双基地MIMO雷达发射波束形成与多目标定位

针对双基地多输入多输出(MIMO)雷达目标定位问题,首先提出一种子波束合成(SBS)算法进行发射波束形成,在此基础上提出一种基于并行因子分解(PFD)的多目标定位算法。SBS算法通过对多个发射信号分别加权形成子波束,在空间叠加使发射能量聚焦在感兴趣空域,提高了接收端信噪比。基于PFD的定位算法根据匹配滤波输出的代数结构,利用迭代算法和角度恢复算法估计目标发射角(DOD)和接收角(DOA),且能自动配对,同时避免了二维谱峰搜索、协方差矩阵估计和多次特征分解造成累积误差。结合以上两种算法可有效提高目标定位精度。仿真结果证明了所提算法的有效性和优越性。

MIMO雷达稳健的发射波束形成算法

针对发射导向矢量存在未知误差的问题,该文提出了一种MIMO雷达稳健的发射波束形成算法(Robust Transmitting Beamforming,RTB)。该算法在稳健的接收波束形成算法的基础上,以最大化最差情况输出信干噪比为优化准则,对发射导向矢量误差做稳健的发射波束形成。RTB算法属于对角加载方法。仿真结果表明,相比于已有算法,RTB算法的稳健性更好、计算复杂度更低、收敛速度更快。

基于群交叉变异MPPSO的MIMO雷达发射波束形成

采用基于智能算法优化发射信号互相关矩阵的方法来形成所期望的发射天线方向图,实现多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)雷达发射波束控制。根据MIMO雷达数学模型构建了适合智能优化的代价函数,提出群交叉变异多相粒子群算法(swarm exchange and aberrance multiple-phase particle swarm op-timization,SEA-MPPSO),并将其应用于MIMO雷达发射信号互相关性的优化,实现了发射波束赋形。方法快速高效,能最大程度地逼近全局最优解。计算机仿真结果证明了方法的可行性和有效性。

基于发射波束域-平行因子分析的MIMO雷达收发角度估计

该文提出了基于发射波束域-平行因子分析的双基地MIMO雷达收发角度估计方法。针对传统MIMO雷达发射功率分散的问题,将发射功率聚集范围与期望发射方向矢量相结合,提出了发射波束加权矩阵的优化准则,并转化为二阶锥规划形式,通过内点法求出其数值解,进而利用平行因子分析(PARAFAC)算法估计出收发角度。仿真结果表明:离线设计得到的波束加权矩阵使发射功率聚集于感兴趣的目标空域,且近似服从均匀分布,因此,在发射功率和角度估计算法相同时,基于发射波束域的角度估计精度优于全向等功率发射时的角度估计精度。

平面阵MIMO雷达发射方向图设计方法

针对现有MIMO雷达发射方向图设计方法无法直接推广到平面阵MIMO雷达的问题,在平面阵方向图可以由水平和垂直方向的线阵方向图合成的思想基础上,该文提出一种应用基波束和概率选择方法设计平面阵MIMO雷达发射方向图的方法。该方法首先将期望方向图沿方位角累加,形成1维俯仰角方向图,建立垂直方向线阵的俯仰角基波束集合和该集合元素的概率选择优化模型;其次针对每个俯仰角对应的1维方位角期望方向图,建立水平方向线阵的方位角基波束集合和该集合元素的概率选择优化模型;最后合成2维基波束集合和集合中元素的选择概率,并求得平面阵MIMO雷达的发射方向图和发射信号。该方法中的优化问题都是凸问题,可以求得全局最优解。

基于发射波束域-三迭代的机载MIMO雷达STAP方法

针对传统机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)中由于发射功率分散而造成的输出信杂噪比(SCNR)下降的问题,该文提出一种基于发射波束域-三迭代的机载MIMO雷达STAP方法。首先建立了发射波束域MIMO雷达STAP的信号模型,并且给出了发射波束加权矩阵的优化设计准则,能够使发射功率聚集于感兴趣的目标空域。然后对发射波束域MIMO雷达的杂噪比(CNR)进行分析,表明其与发射总功率的关系,理论推导显示:相比于全向等功率发射的传统MIMO雷达CNR,发射波束域MIMO雷达CNR减小。同时,为进一步降低发射波束域MIMO-STAP的训练样本数需求与运算复杂度,采用三迭代算法进行权值降维求解。理论分析与仿真实验结果表明:通过相应的三迭代降维处理,发射波束域MIMO-STAP与传统全向等功率发射MIMO-STAP相比能够获取更加优越的输出SCNR性能,且运算量进一步降低。因此,本文提出的发射波束域-三迭代方法具有重要的工程应用价值。

基于ADMM改进的低截获FDA-MIMO雷达发射波束设计

针对信号依赖性杂波与目标位于同一方向上的低截获问题,结合交替方向乘子法(ADMM),提出了一种改进的频控阵MIMO雷达发射波束设计方法。该方法在保证每个天线上发射能量恒定和信杂噪比限制下,最小化目标区域(距离-方位)的能量辐射。首先,利用广义瑞利熵获得接收滤波器;然后,为了解决分式规划不等式约束的二次规划问题,利用辅助变量,并结合ADMM通过并行处理获得发射波束的优化解;最后,进一步研究了收敛性和计算复杂度。仿真显示,与半正定规划方法相比,所提方法能有效控制发射功率恒定,且很好地在目标处能量聚焦;另外,所提方法在杂波和干扰处形成了-50 dB以上的零陷,有效抑制了杂波和干扰信号。

基于波形优化和天线位置选择的MIMO雷达波束扫描算法研究

为实现集中式多输入多输出(MIMO)雷达波束扫描,本文在峰值平均功率比(PAPR)、能量以及布尔(天线位置选择)约束下,基于min-max波束图匹配准则,首次提出MIMO雷达天线位置和多组探测波形(一组波形对应一个独立的波束图)的联合优方法。由于非凸PAPR约束、布尔约束以及min-max目标函数的非凸非光滑性导致了优化问题成为典型的大规模NP-难问题。为求解该NP-难优化问题,该文首先利用Lawson算法将min-max问题转化为迭代加权最小二乘(ILS)问题,然后根据上界函数最小化(MM)准则简化ILS优化问题,最后用交替方向乘子法(ADMM)求解简化后的上界优化问题。数值仿真结果检验了所提算法的有效性。

一种高能量发射效率MIMO天波雷达方案

为提高阵元空间多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)天波超视距雷达(Over-The-HorizonRadar,OTHR)发射天线辐射能量效率,提出了降维分时波束空间MIMO-OTHR方案,并在该方案下实现了发射自适应波束形成.该方案降低了不可见波束区发射能量,无方向图起伏过大问题,发射自由度降低较少,适合在多径杂波个数较多的背景下应用,且只需要简单的波束控制,易于工程实现.理论分析和仿真实验验证了该方案的有效性.

基于波束域预处理的MIMO雷达MVDR波束形成算法

传统的MIMO雷达的发射阵列通常进行全向发射,而感兴趣的目标往往集中在较小的空域范围内,全向发射就造成了大量的功率浪费,从而导致波束形成器的输出信干噪比降低,针对这一不足,提出了一种基于发射波束域预处理的MIMO雷达MVDR波束形成算法。该算法首先利用二阶锥规划设计出波束域矩阵,通过发射波束域预处理使发射功率聚集在感兴趣的区域,同时保持预处理后的导向矢量的旋转不变性,然后利用MVDR算法进行自适应波束形成。仿真结果表明:波束域预处理提高了发射功率的利用率,因此,在发射功率相同的条件下,基于发射波束域预处理的MIMO雷达MVDR波束形成器具有更高的输出信干噪比。

多输入多输出雷达低旁瓣发射方向图优化算法

提出了一种基于波束域加权的低旁瓣方向图设计方法。综合考虑方向图匹配性能和发射阵元等功率作为约束条件,建立低旁瓣发射方向图优化模型,采用半正定松弛技术将优化模型转化为凸优化问题;对波束加权矩阵施加对偶约束,使得接收信号满足旋转不变性;利用高斯随机化方法对波束加权矩阵进行求解,得到原优化问题的最优解。仿真结果表明,算法能够保持期望主瓣形状并有效降低方向图旁瓣,提高到达角(DOA)的估计精确度和角度分辨力。

基于最小二乘法的MIMO雷达发射信号设计

针对MIMO雷达最小旁瓣方向图设计法在主瓣范围内有时会出现较大的波动,提出主瓣单调约束方向图设计法。在利用方向图设计法求得协方差矩阵的基础上,基于把发射波形看作伪随机信号的思想,提出了一种利用最小二乘法由协方差矩阵反推具体发射信号序列及其权值的算法。仿真结果表明,主瓣单调约束方向图设计法能有效抑制主瓣波动,有利于目标的探测;发射信号序列的方向图与由协方差矩阵得到的方向图相符,验证了该算法有效。

一种MIMO雷达多模式波形优化设计方法

在多目标多任务情况下,通常要求雷达具有多种工作模式,以实现搜索、跟踪等不同功能。传统雷达在某一时刻只能实现一种功能,工作模式不够灵活,很难高效利用系统资源。针对此问题,该文提出一种MIMO雷达多模式波形设计方法,该方法以方向图逼近、期望方向的信号功率谱或频谱逼近等为准则,在恒模约束下建立关于波形矩阵的多目标优化模型,并采用共轭梯度方法进行优化求解。仿真结果表明,所设计波形在空域上具有多波束方向图,波束指向上的信号具有多种工作模式的特性,可以同时实现搜索、跟踪等功能。

MIMO雷达技术综述

多输入多输出(Multiple input multiple output,MIMO)雷达是把无线通信系统中的多个输入和多个输出技术引入到雷达领域,并和数字阵列技术相结合而产生的一种新体制雷达。由于采用了波形分集技术,MIMO雷达拥有许多传统相控阵雷达所无法比拟的优越性。本文对MIMO雷达进行了评述。首先对MIMO雷达的概念和原理进行了说明,并指出其同相控阵雷达的关系;然后对MIMO雷达的特点进行了分析,并据此给出MIMO雷达相对传统相控阵雷达存在的优势和缺点;最后结合MIMO雷达的特点和优势,给出MIMO雷达的几种潜在应用。

MIMO雷达的信号处理方法研究

在对多输入多输出(MIMO)雷达原理分析的基础上,研究了MIMO雷达的信号处理方法,并给出了两种信号处理实现方法。理论分析和公式推导表明,这两种信号处理实现方法具有相同的输出结果,计算机仿真结果也表明了结论的正确性。另外还对这两种实现方法的运算量进行了分析和比较。

MIMO雷达非严格正交信号单脉冲测角方法

MIMO雷达发射正交信号波形时,可以在接收端匹配滤波后使用单脉冲和差波束比幅测角技术测量发射角(DOD)。现在讨论的正交信号一般都是严格正交的,而实际中发射信号往往非严格正交,文中将从定义上区别这两种信号。当发射信号非严格正交时,会严重恶化单脉冲测角方法中左、右、和三个波束的形状,给这种测角方法带来较大的测量误差。针对这一问题,通过分析发射信号间的互相关矩阵特性,找出了误差产生的原因,并提出了相应的解决方法,实现了这种方法下发射角的高精度测量,最后通过仿真验证了所提方法的有效性。

一种随机稀布MIMO雷达的旁瓣抑制方法

随机稀布MIMO雷达由于空间阵元的缺失,对回波信号的空间采样严重不足,其合成的发射-接收波束中存在大量高电平旁瓣,影响目标峰值的检测以及掩盖微弱目标。利用随机稀布MIMO雷达所合成的发射-接收波束图中最大幅度所对应的方位角,重构当该方位角上存在目标时的波束旁瓣值;然后在原始归一化发射-接收波束图中对消该重构旁瓣值。如果存在真实目标,可形成低峰值旁瓣的发射-接收波束方向图;反之,最终波束图的峰值主旁瓣比与原始波束图相差不大,表明无目标存在。在发射和接收阵元数较少以及发射信号总带宽较低时能有效抑制随机稀布MIMO雷达的波束旁瓣,仿真结果验证了方法的有效性。

发射多波束的非线性功放影响分析

随着雷达通信系统的要求越来越多样和复杂,多功能相控阵雷达的应用已经成为一种趋势,而数字多波束技术正是其主要的技术手段之一。对于发射系统来说,实现发射多波束存在的难点之一就是功放的非线性会对多波束的形成造成影响。因此,分析了发射多波束在无记忆的非线性功放中受到的影响,主要研究了功放的非线性影响的根源,从波束图和期望信号与干扰信号功率比的角度,将非线性对多波束的影响进行了理论分析和仿真,为实际工程中的功放设计提供了依据。