MIMO雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)和波形設(shè)計(jì)及在天波超視距雷達(dá)中的應(yīng)用.pdf

1、多輸入多輸出（MIMO）雷達(dá)系統(tǒng)具有多個(gè)獨(dú)立發(fā)射天線和多個(gè)獨(dú)立接收天線。分置天線MIMO雷達(dá)各收發(fā)天線以較大間隔分開(kāi)放置可形成多個(gè)獨(dú)立收發(fā)通道。共置天線MIMO雷達(dá)各發(fā)射天線可發(fā)射不同波形。
　　天波超視距（OTH）雷達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)成為空中海面早期預(yù)警的重要手段之一。OTH雷達(dá)發(fā)射信號(hào)可通過(guò)電離層反射、克服地球曲線影響、檢測(cè)并跟蹤數(shù)千公里以外的目標(biāo)。隨著對(duì) MIMO雷達(dá)研究的逐步深入，MIMO雷達(dá)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)正被引入到OTH雷達(dá)中。本文

2、將采用MIMO技術(shù)的OTH雷達(dá)系統(tǒng)稱為MIMO-OTH雷達(dá)。
　　針對(duì) MIMO雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)和波形設(shè)計(jì)以及在 MIMO-OTH雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用，本文的主要貢獻(xiàn)及工作包含以下幾個(gè)方面：
　　(1)非高斯雜波下分置天線MIMO雷達(dá)的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)研究
　　目前關(guān)于分置天線 MIMO雷達(dá)的目標(biāo)檢測(cè)理論，多是假定雜波服從高斯分布，但在實(shí)際情況中，雜波往往呈現(xiàn)非高斯特性。文中首先給出了幾種在高斯雜波模型下推導(dǎo)的檢測(cè)器，然后構(gòu)造了服從

3、Log-Nomal（LN）分布的非高斯雜波模型，分別針對(duì)高斯雜波和非高斯雜波模型，對(duì)分置天線 MIMO雷達(dá)和相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行了系統(tǒng)性能仿真，并在非高斯雜波模型下，對(duì)不同目標(biāo)速度下各雷達(dá)系統(tǒng)的檢測(cè)器性能進(jìn)行了比較，最終通過(guò)對(duì)比得到了在非高斯雜波背景下MIMO雷達(dá)性能的結(jié)論，這些結(jié)論具有工程參考價(jià)值。
　　(2)基于壓縮感知（CS）的分置天線MIMO雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)
　　文中研究了基于 CS的MIMO雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題。在傳統(tǒng)集中式

4、 MIMO雷達(dá)信號(hào)處理中，需要對(duì)二維目標(biāo)速度做搜索，從而產(chǎn)生巨大運(yùn)算量，本文提出了將CS技術(shù)用于MIMO雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，從而大幅度降低運(yùn)算量。推導(dǎo)了CS MIMO雷達(dá)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)器。仿真實(shí)驗(yàn)中定量分析了采用CS技術(shù)所降低的計(jì)算量，同時(shí)對(duì)比了CS MIMO雷達(dá)和傳統(tǒng)集中式MIMO雷達(dá)的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)性能。
　　(3) MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖與波形設(shè)計(jì)
　　研究共置天線MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖與波形設(shè)計(jì)問(wèn)題。本文提出了將各發(fā)射波形構(gòu)造為

5、一組具有正交特性的離散長(zhǎng)球（DPS）序列的加權(quán)求和。不同發(fā)射波形采用同一組DPS序列和不同權(quán)值系數(shù)，因此可通過(guò)調(diào)節(jié)各發(fā)射波形的權(quán)值系數(shù)靈活改變各發(fā)射波形間的相關(guān)性。在總能量一定的約束條件下設(shè)計(jì)發(fā)射波形來(lái)擬合期望發(fā)射方向圖。不同于傳統(tǒng)兩步設(shè)計(jì)過(guò)程：先設(shè)計(jì)波形協(xié)方差矩陣，再根據(jù)所設(shè)計(jì)的協(xié)方差矩陣綜合出優(yōu)化波形，本文利用DPS產(chǎn)生原理，提出了一種新的MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖和波形設(shè)計(jì)方法，僅需一步便可直接設(shè)計(jì)發(fā)射方向圖和波形，仿真驗(yàn)證了本文所提

6、出方法的有效性。
　　(4)認(rèn)知MIMO雷達(dá)LFM波形設(shè)計(jì)
　　根據(jù)感知的目標(biāo)和雜波加噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，本文提出了不同發(fā)射天線發(fā)射的線性調(diào)頻（LFM）波形可具有不同的起始頻率和帶寬，通過(guò)最大化認(rèn)知 MIMO雷達(dá)系統(tǒng)接收端信雜噪比（SCNR），在可利用頻率范圍和發(fā)射總能量一定的約束條件下，優(yōu)化設(shè)計(jì)起始頻率和帶寬等LFM波形參數(shù)，得到MIMO雷達(dá)波形。仿真實(shí)驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)出的優(yōu)化 LFM波形是一組非正交波形，且其帶來(lái)的性能優(yōu)于傳統(tǒng)M

7、IMO雷達(dá)中常用的頻率擴(kuò)展（FS）LFM波形所帶來(lái)的性能。
　　(5)發(fā)射分置接收共置MIMO-OTH雷達(dá)波形設(shè)計(jì)
　　針對(duì)發(fā)射分置接收共置MIMO-OTH雷達(dá)系統(tǒng)研究了波形設(shè)計(jì)問(wèn)題。考慮到MIMO-OTH雷達(dá)的可利用頻率通常因傳播特性被限制在某一小段頻段內(nèi)，采用具有良好帶限特性的DPS序列，通過(guò)對(duì)其加權(quán)求和來(lái)構(gòu)造發(fā)射波形。在發(fā)射總能量一定的約束下，以最大化MIMO-OTH雷達(dá)系統(tǒng)目標(biāo)檢測(cè)概率為優(yōu)化準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)出MIMO雷達(dá)波

8、形（優(yōu)化波形既可以是正交的也可以是非正交的）。仿真給出了不同發(fā)射天線數(shù)下優(yōu)化波形對(duì)應(yīng)的檢測(cè)性能。
　　(6)分置天線MIMO-OTH雷達(dá)波形設(shè)計(jì)
　　研究了分置天線 MIMO-OTH雷達(dá)下的波形設(shè)計(jì)問(wèn)題。采用復(fù)合準(zhǔn)拋物線（MQP）電離層模型描述電離層特性，并利用MQP模型計(jì)算各收發(fā)路徑對(duì)應(yīng)的時(shí)延和目標(biāo)多普勒頻率。在動(dòng)目標(biāo)場(chǎng)景下，以最大化分置天線MIMO-OTH雷達(dá)檢測(cè)概率為優(yōu)化準(zhǔn)則，設(shè)計(jì)MIMO雷達(dá)波形。在更一般情況下分析了