分布式MIMO雷达极化波形设计方法研究

【摘要】多输入多输出（MIMO，MultipleInputMultipleOutput）雷达一经提出，其体制优势便得到了众多学者的一致认同。MIMO雷达在目标检测能力和定位精度等方面都超越了传统雷达，具备波形分集能力是其区别于普通相控阵雷达的主要特点。随着极化测量技术的发展，基于极化分集的MIMO雷达备受关注。它能获取目标回波信号中的极化信息，发射具有不同极化方式的波形。通过改变发射波形的极化方式，可以显著提高MIMO雷达的目标检测性能。然而，传统的MIMO雷达波形设计方法较少地顾及到波形的极化特征，因此使得此类MIMO雷达的极化分集优势无法得到充分发挥。本文首先分析了传统MIMO雷达的波形设计方法，并通过仿真进行了验证。在此基础上，针对上述问题，对分布式MIMO雷达的极化波形设计问题展开了深入研究。提出了一种基于信息论的分布式MIMO雷达极化波形设计方法，提高了MIMO雷达获取目标信息的能力。而后，提出了杂波背景下基于博弈论的分布式MIMO雷达极化波形设计方法，提高了雷达在复杂环境中的目标检测能力。本文的研究工作得到国家自然科学基金项目“基于极化分集的MIMO雷达参数联合估计与目标定位”（项目编号61071140）的资助。本文的主要创新性工作如下：针对分布式MIMO雷达，基于互信息理论提出了一种自适应的极化波形设计方法。该方法以当前时刻和下一时刻目标回波信号间的互信息最小为准则，动态设计所要发射的极化波形，使得MIMO雷达能在下一时刻获取更多关于目标的新信息。并针对多维极化参量的联合优化问题，提出了一种多维空间交替投影的优化算法，该算法将多变量的联合优化变成了多个单变量的交替优化，极大地降低了数据处理的复杂度。针对基于互信息的极化波形设计方法无法适用于复杂环境的问题，本文基于博弈理论进一步提出了一种杂波背景下的MIMO雷达极化波形设计方法。首先，描述了带杂波的分布式MIMO雷达接收信号模型。然后，将极化波形的设计问题看作是波形设计者与其对手博弈时的策略问题，并将接收信杂比作为支付函数，实现了复杂环境下的极化波形设计。该方法所设计的极化波形使MIMO雷达在杂波环境中拥有较强的目标检测能力。并且，由于无需已知具体的目标特性，省去了通过大量实验实时获取目标特征的步骤，降低了雷达波形设计的成本和难度。
【作者】崔海静；
【导师】姜宏；
【作者基本信息】吉林大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】分布式MIMO雷达；极化波形设计；互信息理论；博弈理论；

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