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杂波环境下MIMO雷达波形优化研究

作　者: 张裔东
导　师: 裴炳南
学　校: 大连大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 多输入多输出雷达 波形优化 参数估计 波形协方差矩阵 克拉美罗界
分类号: TN957.51
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


多输入多输出(MIMO，multiple input multiple output)雷达作为一种新体制雷达，近些年来已经得到了工程专业人员、学术界研究人员的广泛关注。传统相控阵雷达一般发射相干雷达信号，而MIMO雷达中每个天线阵元可发射任意信号，这种发射信号波形分集的方法使得MIMO雷达比相控阵雷达具有更好的缓解信号衰落、扩大虚拟孔径以及抗干扰等性能，因而获得参数估计、目标跟踪与识别、目标检测等性能的显著改善。本文主要对MIMO雷达波形优化的方法进行了研究，归纳来说，本文所做的主要工作有以下几个方面。（1）首先简要介绍MIMO雷达的信号模型，阐述其独特的信号处理流程。由于其在工作过程中多采用相互正交的信号，对目前常用的三种正交信号进行介绍。（2）针对杂波环境下提高MIMO雷达系统参数估计精度的问题，本文提出了基于克拉美罗界（CRB,Cramer-Rao bound）的MIMO雷达波形优化方法以改善系统参数估计精度。通过利用Trace-opt约束准则、Det-opt约束准则、Angle-only约束准则、Amplitude-only约束准则，以及使用Schur’s补相关理论把最优化问题转化为半定规划（SDP，semidefinite programming）优化问题进行求解，通过仿真证明了波形优化模型的有效性。（3）针对波形优化所依赖参数存在估计误差，从而引起系统稳健性变差的问题，本文提出了稳健的波形优化方法。在参数估计性能最差的条件下，提出了一种MIMO雷达稳健的波形优化方法。首先给出了杂波环境下的波形优化模型，在已知参数估计误差范围条件下，推导了稳健波形优化的表达式。由于此优化问题是关于优化变量高度复杂的非线性函数，因而非常难以求解。为求解此问题，本文利用对角加载（DL，diagonalloading）方法将此问题转化为SDP问题，从而可获得高效求解。仿真结果表明，与不相关信号波形相比，所提方法获得的波形对参数估计误差有着良好的稳健性。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-11
1 绪论  11-18
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 MIMO 雷达的分类  12-14
    1.2.1 共置天线 MIMO 雷达  12-13
    1.2.2 分置天线 MIMO 雷达  13-14
  1.3 MIMO 雷达的优势和研究现状  14-16
    1.3.1 MIMO 雷达的优势  14
    1.3.2 MIMO 雷达波形设计的研究现状  14-16
  1.4 本文的主要工作与内容安排  16-18
2 MIMO 雷达信号处理  18-24
  2.1 MIMO 雷达的信号模型  18-19
  2.2 MIMO 雷达信号处理流程  19-20
  2.3 MIMO 雷达正交信号模型  20-23
    2.3.1 正交相位编码信号  21
    2.3.2 正交离散频率编码信号  21-22
    2.3.3 正交线性调频信号  22-23
  2.4 本章小结  23-24
3 杂波环境下 MIMO 雷达波形优化方法研究  24-39
  3.1 引言  24
  3.2 凸优化算法基础  24-27
    3.2.1 凸优化问题  24-25
    3.2.2 半定规划  25-27
  3.3 杂波环境下 MIMO 雷达波形优化  27-29
    3.3.1 杂波环境下 MIMO 雷达信号模型  27
    3.3.2 克拉美罗界的确定  27-28
    3.3.3 发射总功率约束  28-29
  3.4 优化准则模型  29-32
    3.4.1 Trace-opt 约束准则  29-30
    3.4.2 Det-opt 约束准则  30
    3.4.3 Angle-only 约束准则  30-31
    3.4.4 Amplitude-only 约束准则  31-32
  3.5 仿真实验  32-37
    3.5.1 最优发射方向仿真  32-33
    3.5.2 单目标四种约束情况仿真  33-35
    3.5.3 两个目标四种约束情况仿真  35-37
  3.6 本章小结  37-39
4 杂波环境下 MIMO 雷达稳健波形优化方法研究  39-47
  4.1 引言  39-40
  4.2 杂波环境下 MIMO 雷达波形优化的数学模型  40-44
    4.2.1 杂波环境下 MIMO 信号模型  40
    4.2.2 稳健波形优化问题的 CRB  40-41
    4.2.3 稳健的波形优化参数估计模型  41
    4.2.4 一种稳健的波形优化求解方法  41-44
  4.3 仿真实验  44-46
    4.3.1 最优发射方向仿真  45
    4.3.2 ASNR 与 CRB 性能仿真  45-46
  4.4 本章小结  46-47
5 总结与展望  47-49
  5.1 总结  47
  5.2 展望  47-49
参考文献  49-52
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  52-53
致谢  53

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达 > 雷达设备、雷达站 > 雷达接收设备 > 雷达信号检测处理
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