发射波形合成下的机载MIMO雷达杂波统一模型

针对发射波形相关及非理想因素影响下的机载MIMO雷达杂波分布特性的问题,给出了理想情况下机载MIMO雷达杂波模型。利用信号集合及阵列导向矢量投影变换的原理,提出了基于波形合成的机载MIMO雷达杂波统一模型,分析了模型与理想MIMO雷达、相关MIMO雷达及相控阵雷达的统一关系。然后给出了多种非理想因素影响的误差矩阵,建立了非理想因素影响下的机载MIMO雷达杂波统一模型。最后仿真分析了波形相关及非理想因素影响下的MIMO雷达杂波特性,并得出结论:波形合成会产生子阵合成,当合成子阵间发射信号全正交,且合成子阵内各阵元发射信号全相干时,杂波谱的斜脊线最窄。该统一模型为机载MIMO雷达杂波特性分析及STAP算法设计提供了理论依据。     

机载相干MIMO雷达杂波自由度估计研究

针对任意发射波形合成结构影响下的机载相干MIMO雷达杂波自由度的估计问题。论文提出了一种机载相干MIMO雷达杂波自由度估计的构造法,该方法利用发射波形合成结构直接构造等效矩阵代替杂波协方差矩阵进行求秩。通过递推分解等效矩阵,提出并证明了一种杂波自由度快速估计准则,建立了机载相干MIMO雷达发射波形合成结构、阵列稀布构型与杂波自由度之间的定量关系。研究表明:该方法和准则能够准确预测任意发射波形合成结构下的机载MIMO雷达的杂波特征谱结构。该理论既保证了降秩STAP算法性能的最优又具有较小的计算量,并为最优发射波形合成方案和MIMO STAP算法的设计提供了依据。     

发射波形任意合成结构下机载MIMO雷达STAP性能分析

输出信杂噪比(SCNRout)是决定机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应信号处理(STAP)性能的一个重要指标,但是现有的STAP算法均无法准确地给出其理论解析式。针对上述问题,文中研究了发射波形任意合成结构下的机载MIMO雷达衡量STAP性能的SCNRout的精确理论解析式。首先,通过发射波形互相关矩阵和MIMO STAP性能之间的联系,推导得出了SCNRout的理论解析式;然后,基于对该理论解析式的分析,从发射波形任意合成结构这个角度阐述了理想MIMO雷达、MIMO相控阵雷达和相控阵雷达的STAP性能特征。仿真实验表明:推导得出的理论解析式与仿真结果精确一致,并论证分析了机载MIMO雷达STAP处理性能的优越性。所推导的理论解析式对发射波形的优化设计具有重要的参考意义。     

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.     

机载MIMO雷达收发联合降维STAP算法统一理论框架

该文研究了机载多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）雷达杂波抑制的收发联合降维空时自适应处理（Space Time Adaptive Processing,STAP）算法统一理论框架。首先,基于机载MIMO雷达发射波形分集的特性,构建了机载MIMO雷达降维联合自适应STAP处理的统一理论框架结构。在此基础上,建立了3种降维STAP处理结构。最后,针对上述3种降维结构,给出了相应的3类适用于MIMO体制的降维STAP处理算法。仿真实验表明:机载MIMO雷达联合降维自适应算法具有较好的杂波抑制性能和较强的抗干扰能力。      

一种基于拟牛顿法的MIMO雷达发射方向图综合方法

波形设计直接关系到MIMO雷达目标检测和参数估计的性能,通过设计发射互相关矩阵来分配空间发射功率是一类MIM0雷达渡形设计方法.本文在发射方向图综合的二次规划(Quadratic Programming,QP)模型基础上,提出了一种基于DFP拟牛顿法的MIMO雷达方向图综合设计方法,该方法用可变的一维搜索步长代替了最陡下降法的固定步长,并且不需计算Hesse逆矩阵.仿真结果表明,该方法复杂度低,较最陡下降法收敛速度快,并具有更好的数值稳定性,可以满足MIMO雷达发射方向图设计的要求.     

机载MIMO雷达杂波建模与特性分析

针对不同环境条件下的机载MIMO雷达地杂波建模问题,综合考虑了杂波幅度分布模型、杂波单元散射模型以及雷达系统参数模型,提出了一种基于复合模型的杂波建模方法;之后又进一步考虑阵元误差、通道误差和杂波起伏等非理想因素,建立了一种非理想条件下的机载MIMO雷达杂波统一模型;通过改变模型参数对各种杂波的幅度、后向散射系数、各种误差条件的空时二维似然谱和特征谱进行仿真实验。仿真结果表明,理想条件下机载MIMO雷达杂波谱具有良好的斜空时二维特性,但在非理想条件下杂波起伏剧烈,并且不同地貌环境起伏程度差别较大。     

一种基于信道估计的MIMO雷达空时信号设计方法

多输入多输出雷达的新颖之处在于它利用空间分集和波形分集来改善雷达的性能。合理的波形设计可以更好地实现空间分集,该文在杂波统计特性已知的条件下,提出了一种基于信道参数估计的MIMO雷达空时信号设计方法。该方法在推导出信道参数的线性贝叶斯估计之后,通过最小化贝叶斯估计均方误差的方法来优化发射信号。该方法设计的优化信号为杂波协方差矩阵的函数,论文从信息论的角度验证了该结论的正确性。仿真结果表明MIMO雷达发射该方法设计的信号可改善目标的检测性能。     

机载MIMO雷达杂波建模及杂波特性分析

机载MIMO雷达通过将MIMO技术应用到机载雷达,显著增加了雷达的系统自由度,改善了机载雷达的杂波抑制性能.首先建立了机载MIMO雷达的杂波数学模型;然后给出了两种典型的正交信号形式;最后对不同信号形式和不同误差条件下机载MIMO雷达的杂波功率谱和特征谱进行了仿真分析.仿真结果表明,机载MIMO雷达与机载相控阵雷达有相似的杂波分布,但其杂波自由度显著增加;发射信号从正交向相干的退化过程中,杂波在空时二维平面形成主副瓣并逐渐锐化.     

波形具有任意相关性时MIMO雷达的检测性能

基于Neyman-Pearson准则,研究了空间分集MIMO(多输入多输出)雷达发射波形相关时的自、互相关旁瓣对MIMO雷达检测性能的影响.首先,分析了波形的相关性,导致了在空间上和时间上的白高斯噪声变为相关色噪声,同时,使得接收的回波信号具有一定的相关性,影响了空间分集的效果;然后,通过理论分析得到了MIMO雷达在波形具有任意相关性时的检测概率和虚警概率的解析表达式.通过数值计算,得到如下结论:与发射正交波形相比,在高信噪比(SNR)工作时,M1MO雷达波形相关时的自、互相关旁瓣使得MIMO雷达的检测性能下降;在低SNR时,波形的相关性能够改善检测性能;波形的低自、互相关旁瓣对MIMO雷达的检测性能影响不大.     

机载分布式相干MIMO雷达的杂波谱分析

以多载频矩形脉冲信号为发射信号,建立了机载分布式相干MIMO雷达的杂渡模型;给出了经典的杂波功率谱估计方法和杂波自由度估计规则;仿真分析了多载频频率步进和不同误差条件下的最小方差（MV,minimum variance）杂波谱和杂波特征谱.仿真及分析结果表明：机载分布式相干MIMO雷达的杂波具有空时二维斜对角分布特性;杂波起伏、载机偏航均会使杂波谱展宽及杂波自由度增大;多载频频率步进的增长导致杂波去相关.     

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。      

机载脉冲多普勒雷达地杂波的相干信号仿真研究

研究了载机和天线处于任意姿态情况下的机载脉冲多普勒雷达地杂波的相干信号仿真问题。首先简要回顾了地面杂波的特性与建模方法,而后采用距离环地面散射单元划分方法,建立了机载脉冲多普勒雷达地杂波相干信号仿真的相关模型,并给出了适于工程应用的具体仿真流程。最后,典型地杂波仿真结果证明了模型的合理性。     

MIMO雷达微弱目标长时积累技术综述

复杂背景下雷达微弱目标检测一直以来是雷达信号处理领域的国际性难题,随着雷达新体制的发展,给信号处理提供了更多的空间维度,正交波形MIMO雷达的宽发窄收观测方式可有效延长目标驻留时间、实现时域、空域和频率的联合处理和高分辨估计,从而有利于积累目标能量和抑制杂波,提高强杂波背景中弱小目标检测能力。本文对近年来正交波形MIMO雷达长时间积累和目标检测技术的研究进展进行了归纳总结,介绍了正交波形MIMO雷达长时积累的概念和分类,并从机动目标回波特性认知、变换域相参积累、检测前跟踪、长时间相参积累、稀疏时频分析等方面给出了正交波形MIMO雷达机动目标积累的有效途径。最后,该文总结了现有研究存在的问题,对未来关注的技术发展进行了展望。      

机载MIMO雷达杂波特征结构的空时自回归算法

非均匀环境下,机载MIMO雷达杂波不再满足独立同分布(independent identically distributed, IID)条件,由于没有足够多的IID样本来估计杂波协方差矩阵,从而导致传统的STAP方法性能急剧下降。本文研究了非均匀环境下机载MIMO雷达的杂波抑制问题,将空时自回归算法(Space time autoaggressive , STAR)引入机载MIMO雷达,降低训练样本数目,减小运算量。针对STAR算法中参数确定复杂、易受训练样本数目不足影响的缺点,提出了一种基于杂波特征结构的模型参数确定方法,仿真结果表明,该方法能在极小训练样本条件下,有效确定模型参数,实现杂波抑制,适用于非均匀杂波环境。