非準(zhǔn)確目標(biāo)先驗(yàn)知識(shí)MIMO雷達(dá)波形優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，多輸入多輸出(multiple-input multiple-output，MIMO)雷達(dá)由于其良好的性能受到了學(xué)者的廣泛關(guān)注。MIMO雷達(dá)具有提高目標(biāo)檢測(cè)性能、提高角度估計(jì)準(zhǔn)確率及能檢測(cè)速率更慢的動(dòng)目標(biāo)等諸多優(yōu)勢(shì)，在軍事和民事應(yīng)用中具有廣闊的前景。MIMO雷達(dá)通?；谀繕?biāo)和環(huán)境的先驗(yàn)知識(shí)設(shè)計(jì)波形，而由估計(jì)得到的先驗(yàn)知識(shí)不可避免存在誤差，基于此先驗(yàn)知識(shí)得到的優(yōu)化波形的檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)等性能嚴(yán)重下降，本文對(duì)非準(zhǔn)確目標(biāo)先驗(yàn)知識(shí)MIMO

2、雷達(dá)波形優(yōu)化進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，所取得的主要研究成果為:
　　1.目前MIMO雷達(dá)中的波形優(yōu)化通?；谀骋环N而不是整體性能，針對(duì)該問題，本文提出一種提高M(jìn)IMO雷達(dá)檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)性能的波形優(yōu)化方法。該方法綜合考慮提高檢測(cè)概率、降低參數(shù)估計(jì)方差及抑制旁瓣三種性能約束優(yōu)化MIMO雷達(dá)的發(fā)射波形相關(guān)矩陣(waveform covariance matrix，WCM)。首先，本文推導(dǎo)了檢測(cè)概率及克拉美-羅界(Cramer-Rao bound

3、，CRB)的等價(jià)表達(dá)式，然后，聯(lián)合最大化主旁瓣差約束，并對(duì)各約束條件分別加權(quán)，進(jìn)而可通過靈活調(diào)整加權(quán)系數(shù)以解決實(shí)際應(yīng)用中不同需求的波形優(yōu)化問題。該波形優(yōu)化問題可描述為線性規(guī)劃問題，因而可進(jìn)行高效求解。仿真實(shí)驗(yàn)中，詳細(xì)分析了三種約束條件對(duì)雷達(dá)性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提方法是有效的。
　　2.MIMO雷達(dá)通?；谀繕?biāo)和環(huán)境的先驗(yàn)知識(shí)設(shè)計(jì)波形，而由估計(jì)得到的先驗(yàn)知識(shí)不可避免存在誤差，基于此先驗(yàn)知識(shí)得到的優(yōu)化波形的檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)等性能

4、下降嚴(yán)重。針對(duì)此問題，本文提出兩種穩(wěn)健波形設(shè)計(jì)方法，分別提高M(jìn)IMO雷達(dá)的檢測(cè)性能和參數(shù)估計(jì)性能。在目標(biāo)位置誤差和通道誤差有界的條件下，分別構(gòu)造以信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)和CRB為代價(jià)函數(shù)的優(yōu)化問題。為最大化SNR和最小化CRB，分別給出迭代算法，交替以發(fā)射波形相關(guān)矩陣和通道矩陣誤差為優(yōu)化變量求解，將迭代的每一步轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題，從而在最差情況下提高M(jìn)IMO雷達(dá)系統(tǒng)的檢測(cè)性能和參數(shù)估計(jì)性能。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

5、了所提方法能有效改進(jìn)MIMO雷達(dá)的檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)性能。
　　3.傳統(tǒng)MIMO雷達(dá)發(fā)射波形設(shè)計(jì)方法對(duì)傳播矩陣誤差敏感，最優(yōu)匹配波形難以得到，進(jìn)而造成系統(tǒng)的檢測(cè)性能嚴(yán)重下降。針對(duì)該問題，在概率約束條件下，本文提出一種穩(wěn)健的MIMO雷達(dá)發(fā)射波形設(shè)計(jì)方法。該方法考慮最差情況的發(fā)生為小概率事件，基于輸出信噪比低于可接受水平的概率小于中斷概率的約束條件，通過最大化輸出信噪比設(shè)計(jì)最優(yōu)波形。利用傳播矩陣誤差的概率分布特性，將概率約束轉(zhuǎn)化為凸約束，

6、從而將統(tǒng)計(jì)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為確定性優(yōu)化問題。該方法在傳播矩陣存在誤差情況下以高概率實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能最優(yōu)化。仿真結(jié)果表明所提方法能夠提高輸出信噪比，具有較好的檢測(cè)性能。
　　4.均勻圓陣（uniform circular array, UCA）與MIMO雷達(dá)的結(jié)合可在不犧牲UCA雷達(dá)主要優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)兼有MIMO雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)。然而，UCA-MIMO雷達(dá)的波束形成與距離無關(guān)，該特點(diǎn)限制了其抑制特定距離干擾的性能。本文提出頻率分集（frequency