基于电磁环境感知的MIMO雷达波形设计

【摘要】随着MIMO技术理论的逐渐成熟、以及先进雷达技术的不断涌现，多输入多输出（MIMO）雷达应运而生，被越来越多的研究者所青睐。在MIMO雷达系统的发射端，诸多发射阵列单元能够发射相互正交的或者相互独立的信号，这些信号覆盖了整个空域；在MIMO雷达系统的接收端，回波信号通过接收阵列单元的匹配滤波器恢复出各发射信号分量，不仅实现了数字波束形成，而且形成了虚拟阵元，扩大了阵列孔径。与相控雷达系统不同，MIMO雷达的布阵可以是稀疏分布的也可以是密集分布的，阵列单元间距没有限定，系统有很大的自由度，参数估计的精度和空间分辨率也很高。因此，MIMO雷达是雷达技术发展的又一次飞跃。针对MIMO雷达中的抗干扰问题，本文将变换域通信（TransformDomainCommunicationSystem,TDCS）技术引入到MIMO雷达中，提出了一种基于电磁环境感知(ElectromagneticEnvironmentalSensory—EES)的MIMO雷达。本文主要研究EES-MIMO雷达系统中两个重要部分：EES-MIMO雷达的电磁环境感知方法和正交波形优化设计。EES-MIMO雷达工作的前提是有效地估计出各种干扰的频带，但是许多常用的噪声功率谱估计算法都很难应用于电磁环境感知，所以就需要谨慎的选择算法。本文针对两种常见的干扰探讨功率谱估计问题：窄带瞄准式干扰是一个平稳过程，可描述为一个AR模型，利用现代互谱估计的SVD-TLS算法来估计其AR模型的参数；对于点频式干扰，本文提出了有色噪声背景下功率谱估计的SVD方法，该算法可以提高了参数估计的精度和稳定性，这种算法的鲁棒性也很高。EES-MIMO雷达的发射信号波形是完全正交的，为了使发射信号波形的分辨能力较强，所要设计的正交信号波形的自相关函数应该接近冲积函数，使其旁瓣能量尽量低；在接收信号时，为了得到多个相互独立的信号，则要求正交波形信号的互相关函数值接近尽量低。针对以上要求，本文针对EES-MIMO雷达发射波形设计问题，介绍了两种波形设计方法：正交离散频率编码(DistributeFrequencyCodingWave,DFCW)和正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)相位编码。并且用一种新的混合算法(HybridAlgorithm)对其进行优化。这种混合算法是将退火算法糅合到遗传算法中，对遗传算法进行改进，通过这种方式来搜索最优解。
【作者】晁文兰；
【导师】康晓涛；
【作者基本信息】吉林大学，信号与信息处理，2014，硕士
【关键词】多输入多输出雷达；电磁环境感知；正交波形设计；功率谱估计；混合算法；单基地收发分集；

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