MIMO雷達(dá)低空目標(biāo)檢測(cè)及參數(shù)估計(jì)研究.pdf_第1頁(yè)
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1、低空飛行目標(biāo)檢測(cè)及跟蹤作為雷達(dá)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(dá)做為近年備受關(guān)注的新雷達(dá)體制。MIMO雷達(dá)利用分集增益在目標(biāo)檢測(cè)、參數(shù)估計(jì)、目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)識(shí)別及抗干擾等方面較之傳統(tǒng)雷達(dá)有著明顯的優(yōu)勢(shì)?;谝陨险J(rèn)識(shí),MIMO雷達(dá)可以做為解決低空飛行難目標(biāo)檢測(cè)的技術(shù)途徑。近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)MIMO雷達(dá)在目標(biāo)檢測(cè)、成像識(shí)別、參數(shù)估計(jì)進(jìn)行了廣泛深入的研究,然而基于

2、MIMO雷達(dá)技術(shù)的低空目標(biāo)檢測(cè)及參數(shù)估計(jì)卻很少涉及。為解決了低空目標(biāo)檢測(cè)及參數(shù)估計(jì)問題,論文圍繞低空MIMO雷達(dá)理論模型、低空MIMO雷達(dá)檢測(cè)器設(shè)計(jì)及低空MIMO雷達(dá)參數(shù)估計(jì)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(cè)及跟蹤研究背景和意義,介紹了目前低空目標(biāo)檢測(cè)及跟蹤的研究現(xiàn)狀及MIMO雷達(dá)概念、分類以及其在目標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用;歸納和總結(jié)了低空目標(biāo)檢測(cè)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(dá)對(duì)低空Swerling目標(biāo)的檢測(cè)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(dá)低空多徑信號(hào)模型,推導(dǎo)了低空非起伏目標(biāo)和起伏目標(biāo)的檢測(cè)概率和虛警概率,并通過仿真實(shí)驗(yàn)分析了MIMO雷達(dá)對(duì)低空Swerling目標(biāo)模型的檢測(cè)性能。
  為了從理論上證明MIMO雷達(dá)在低空目標(biāo)檢測(cè)的優(yōu)勢(shì),第三章主要分析對(duì)比了MIMO雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)在低空目標(biāo)檢測(cè)的性能。首先分別推導(dǎo)了MI

4、MO雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)低空多徑信號(hào)模型;運(yùn)用奈曼-皮爾遜(Neyman-Pearson)準(zhǔn)則分別推導(dǎo)了MIMO雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)的低空檢測(cè)概率和虛警概率;最后以相對(duì)熵為準(zhǔn)則,分別分析了MIMO雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:對(duì)于低空目標(biāo)檢測(cè)問題,MIMO雷達(dá)要優(yōu)于相控陣?yán)走_(dá),且MIMO雷達(dá)檢測(cè)性能還跟天線數(shù)目、目標(biāo)高度有關(guān)。
  低空雷達(dá)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(dá)檢測(cè)器設(shè)計(jì)問題。首先建立低空MIMO雷達(dá)多徑矢量信號(hào)模型;在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了二次線性廣義似然比檢測(cè)器、廣義似然比檢測(cè)器和Rao檢測(cè)器三種檢測(cè)器,并分析三種檢測(cè)器的低空檢測(cè)性能。研究發(fā)現(xiàn), GLRT和Rao檢測(cè)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(cè)器檢測(cè)器的低空檢測(cè)性能要優(yōu)于廣義似然比檢測(cè)器和Rao檢測(cè)器,多徑效應(yīng)在低空檢測(cè)重要性;雷達(dá)天線和目標(biāo)高度都對(duì)低空檢

6、測(cè)性能有著顯著地影響。
  第五章:針對(duì)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(kuò)展期望最大化(Parameter-Expanded Expectation-Maximization, PX-EM)的MIMO雷達(dá)低空運(yùn)動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方法。主要內(nèi)容包括:(1)推導(dǎo)了MIMO雷達(dá)低空運(yùn)動(dòng)目標(biāo)多徑信號(hào)模型,為低空參數(shù)估計(jì)奠定了理論基礎(chǔ);(2)針對(duì)目標(biāo)參數(shù)和雜波參數(shù)的聯(lián)合估

7、計(jì)問題,提出了最大似然估計(jì)算法;(3)針對(duì)未知參數(shù),提出了基于PX-EM算法的最大似然估計(jì)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(jìn)一步研究的問題。
  綜上,論文以近年來深受關(guān)注的MIMO雷達(dá)為研究對(duì)象,在系統(tǒng)概念、理論模型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、檢測(cè)器設(shè)計(jì)及參數(shù)估計(jì)等方面進(jìn)行了初步探索。本文的研究成果將進(jìn)一步豐富MIMO雷達(dá)理論體系,對(duì)認(rèn)識(shí)、理解低空目標(biāo)檢

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