MIMO雷達低空目標(biāo)檢測及參數(shù)估計研究.pdf

1、低空飛行目標(biāo)檢測及跟蹤作為雷達面臨的四大威脅之一，至今未能有效的解決。多發(fā)多收（Multi-Input Multi-Output, MIMO）雷達做為近年備受關(guān)注的新雷達體制。MIMO雷達利用分集增益在目標(biāo)檢測、參數(shù)估計、目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)識別及抗干擾等方面較之傳統(tǒng)雷達有著明顯的優(yōu)勢?；谝陨险J識，MIMO雷達可以做為解決低空飛行難目標(biāo)檢測的技術(shù)途徑。近年來國內(nèi)外學(xué)者對MIMO雷達在目標(biāo)檢測、成像識別、參數(shù)估計進行了廣泛深入的研究，然而基于

2、MIMO雷達技術(shù)的低空目標(biāo)檢測及參數(shù)估計卻很少涉及。為解決了低空目標(biāo)檢測及參數(shù)估計問題，論文圍繞低空MIMO雷達理論模型、低空MIMO雷達檢測器設(shè)計及低空MIMO雷達參數(shù)估計等關(guān)鍵問題展開研究，主要工作概括如下：
　　第一章：首先闡述了低空目標(biāo)檢測及跟蹤研究背景和意義，介紹了目前低空目標(biāo)檢測及跟蹤的研究現(xiàn)狀及MIMO雷達概念、分類以及其在目標(biāo)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用；歸納和總結(jié)了低空目標(biāo)檢測若干關(guān)鍵技術(shù)問題。
　　第二章：以目前廣泛采

3、用Swerling目標(biāo)模型為基礎(chǔ)，研究MIMO雷達對低空Swerling目標(biāo)的檢測性能。首先推導(dǎo)了考慮大氣折射和地球曲率的反射系數(shù)；介紹了MIMO雷達低空多徑信號模型，推導(dǎo)了低空非起伏目標(biāo)和起伏目標(biāo)的檢測概率和虛警概率，并通過仿真實驗分析了MIMO雷達對低空Swerling目標(biāo)模型的檢測性能。
　　為了從理論上證明MIMO雷達在低空目標(biāo)檢測的優(yōu)勢，第三章主要分析對比了MIMO雷達和相控陣雷達在低空目標(biāo)檢測的性能。首先分別推導(dǎo)了MI

4、MO雷達和相控陣雷達低空多徑信號模型；運用奈曼-皮爾遜(Neyman-Pearson)準(zhǔn)則分別推導(dǎo)了MIMO雷達和相控陣雷達的低空檢測概率和虛警概率；最后以相對熵為準(zhǔn)則，分別分析了MIMO雷達和相控陣雷達的系統(tǒng)設(shè)計問題。理論分析和實驗結(jié)果表明：對于低空目標(biāo)檢測問題，MIMO雷達要優(yōu)于相控陣雷達，且MIMO雷達檢測性能還跟天線數(shù)目、目標(biāo)高度有關(guān)。
　　低空雷達背景雜波模型常采用復(fù)合高斯模型。第四章研究了基于復(fù)合高斯雜波模型的低空MI

5、MO雷達檢測器設(shè)計問題。首先建立低空MIMO雷達多徑矢量信號模型；在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了二次線性廣義似然比檢測器、廣義似然比檢測器和Rao檢測器三種檢測器，并分析三種檢測器的低空檢測性能。研究發(fā)現(xiàn)， GLRT和Rao檢測器都具有恒虛警率特性(Constant False Alarm Rate, CFAR)，二次線性廣義似然比檢測器檢測器的低空檢測性能要優(yōu)于廣義似然比檢測器和Rao檢測器，多徑效應(yīng)在低空檢測重要性；雷達天線和目標(biāo)高度都對低空檢

6、測性能有著顯著地影響。
　　第五章：針對期望最大化(Expectation-Maximization, EM)算法收斂慢的問題，本章提出了基于參數(shù)擴展期望最大化(Parameter-Expanded Expectation-Maximization, PX-EM)的MIMO雷達低空運動目標(biāo)參數(shù)估計方法。主要內(nèi)容包括：（1）推導(dǎo)了MIMO雷達低空運動目標(biāo)多徑信號模型，為低空參數(shù)估計奠定了理論基礎(chǔ)；（2）針對目標(biāo)參數(shù)和雜波參數(shù)的聯(lián)合估

7、計問題，提出了最大似然估計算法；(3)針對未知參數(shù)，提出了基于PX-EM算法的最大似然估計算法；（4）分別推導(dǎo)了紋理分量服從伽馬分布和反伽馬分布的克拉美-羅下界。
　　第六章：總結(jié)了全文工作，并提出了若干需要進一步研究的問題。
　　綜上，論文以近年來深受關(guān)注的MIMO雷達為研究對象，在系統(tǒng)概念、理論模型、系統(tǒng)設(shè)計、檢測器設(shè)計及參數(shù)估計等方面進行了初步探索。本文的研究成果將進一步豐富MIMO雷達理論體系，對認識、理解低空目標(biāo)檢