MIMO雷达混沌波形设计及性能分析

【摘要】受多输入多输出(MIMO)通信和综合脉冲孔径雷达(SIAR)的启发，MIMO雷达作为一种新体制雷达，得到了雷达界的广泛关注和研究。MIMO雷达使用多个发射天线分别发射不同的信号，同时使用多个接收天线接收并处理目标回波信号。与传统雷达相比，正是这种波形分集能力使得MIMO雷达具有更多的优势。波形分集是MIMO雷达的重要特征，波形设计是实现波形分集的重要手段。基于混沌信号的新体制雷达是混沌应用于雷达的一个主要方面。代入不同初值，在短时间内能够产生数量众多的混沌信号。混沌信号具有对初始值敏感、类似噪声的宽频谱、图钉型的模糊函数、尖锐的自相关和近似正交的互相关等特性。本论文围绕MIMO雷达混沌波形设计展开相关研究，主要包括以下几个方面：1）提出了混沌离散频率编码、混沌二相编码和混沌四相编码的MIMO雷达波形设计方法以及选取依据。对常用的四种离散混沌序列（Tent序列、Logistic序列、Quadratic序列和Bernoulli序列）的自相关和互相关特性进行了研究，给出了混沌序列的相关性与序列长度、自由参数之间的关系；对使用四种混沌序列调制所产生的离散频率编码波形、二相编码波形和四相编码波形的自相关和互相关特性进行了研究，给出了混沌波形的相关性与波形长度、自由参数之间的关系。以下结论作为选取MIMO雷达混沌波形的依据：Tent和Bernoulli离散频率编码波形的相关性较好，是较为理想的MIMO雷达发射波形；四种混沌二相编码波形的相关性相似，都是较为理想的MIMO雷达发射波形；Tent、Logistic和Quadratic四相编码波形的相关性较好，且相关性好于二相编码波形，是较为理想的MIMO雷达发射波形。2）建立了基于混沌离散频率编码波形和混沌相位编码波形的MIMO雷达多脉冲压缩累积信号处理模型。对混沌波形的自相关旁瓣和互相关的统计功率峰值进行推导：取不同的波形长度N时，自相关旁瓣和互相关的统计功率峰值近似为1N；对不同初始值所产生的混沌波形的自相关旁瓣之间的相关性、互相关之间的相关性进行了研究并得到以下结论：不同初始值所产生的混沌波形的自相关旁瓣之间是不相关的，同时，不同初始值所产生的混沌波形的互相关之间也是不相关的；基于上述相关性结论，建立了基于混沌离散频率编码波形和混沌相位编码波形的MIMO雷达多脉冲压缩累积信号处理模型。使用多脉冲压缩累积能够有效降低混沌波形的自相关旁瓣和互相关。3）提出了用混沌离散频率编码波形提高MIMO雷达目标检测性能的方法。根据混沌离散频率编码波形的相关性与波形长度、自由参数之间的关系，设计并选取较长的且具有较好自相关和互相关特性的Tent离散频率编码波形。在杂波和噪声背景下，脉压输出具有较低的旁瓣峰值，从而提高MIMO雷达对点目标的检测性能，但相同方法却不能提高MIMO雷达对相邻弱小目标的检测性能。通过多脉冲压缩累积的方法，基于Tent离散频率编码波形的MIMO雷达信号处理模型，降低混沌波形的自相关旁瓣和互相关，使输出结果具有较低的旁瓣峰值，从而提高MIMO雷达对点目标的检测性能。特别在相邻弱小目标场景中，由于采用了多脉冲压缩累积的处理方法，强目标回波的旁瓣并不会掩盖弱目标回波的主瓣，从而提高了系统对相邻弱小目标的检测能力。4）提出了用混沌相位编码波形提高MIMO雷达目标检测性能的方法。在杂波和噪声背景下，根据混沌相位编码波形的相关性与波形长度、自由参数之间的关系，设计并选取Tent相位编码波形。由于较长的混沌相位编码波形具有较好的相关性，此时脉压输出具有较低的旁瓣峰值，从而提高MIMO雷达对点目标的检测性能。同时，此方法对相邻弱小目标检测也是有效的。基于混沌相位编码波形的MIMO雷达信号处理模型，使用多脉冲压缩累积降低混沌波形的自相关旁瓣和互相关，从而提高MIMO雷达对点目标和相邻弱小目标的检测性能。
【作者】申东；
【导师】张林让；
【作者基本信息】西安电子科技大学，信号与信息处理，2013，博士
【关键词】多输入多输出(MIMO)雷达；混沌序列；波形设计；离散频率编码波形；相位编码波形；目标检测；多脉冲压缩累积；

【参考文献】
[1]宓伟杰.基于开放环境下的GIS服务及实例研究[D].华东师范大学,地图学与地理信息系统,2004,硕士.
[2]张智勇,杨再惠,刘双.我国商贸加工转型升级的网络经济驱动力研究[J].商业经济研究,2015,07:23-25.
[3]陈文丽.近代中国人撰日本竹枝词之研究[D].浙江工商大学,日语语言文学,2012,硕士.
[4]魏乃琼.1979-2012年湘江流域气温变化特征[D].湖南师范大学,自然地理学,2014,硕士.
[5]苏景扬.有序硅纳米材料的制备及其稳定高效的光催化性能[D].大连理工大学,2012.
[6]夏玮.民航事故分析决策支持系统的研究与实现[D].辽宁工程技术大学,2004.
[7]唐梦丽.OFDM-PON的MAC层协议以及动态带宽分配算法的研究[D].华中科技大学,光电信息工程,2013,硕士.
[8]赵婷.森林防火平台的设计与实现[D].复旦大学,软件工程,2012,硕士.
[9]任凯,浦金云.基于案例属性特征区间相似度的改进算法研究[J].控制与决策,2010,02:307-310+320.
[10]姜庆安.半球谐振陀螺数字控制电路温度适应性及陀螺动态特性研究[D].国防科学技术大学,控制科学与工程,2012,硕士.
[11]文顺.基于层次条件随机场的图像对象分割[D].宁波大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[12]刘启水.全液压立式钢丝捆扎机的PLC控制[J].冶金自动化,1996,04:37-39.
[13]吴远慧.白介素17、白介素22在大疱性类天疱疮患者皮损及血清中的表达与意义[D].河北医科大学,皮肤病与性病学,2013,硕士.
[14]李幽兰.矩阵双重中心化子定理的有理证明[D].湖北大学,基础数学,2012,硕士.
[15]常晓青.浙江省企业自主创新风险问题研究[D].浙江工业大学,2006.
[16]桑青.新型多扫描器原子力显微镜技术及系统[D].浙江大学,光学工程,2013,硕士.
[17]潘伊玫.杭州旅游“夜经济”营销探析[D].北京第二外国语学院,旅游管理,2013,硕士.
[18]张凯.锂硫电池正极改性、结构设计及电化学性能研究[D].中南大学,冶金工程,2014,博士.
[19]孙清茂.150-AP高速阵列处理机[J].石油地球物理勘探,1982,04:86-88.
[20]李德郁.重庆高速公路简支连续梁桥问题与对策研究[D].重庆交通大学,桥梁与隧道工程,2012,硕士.
[21]谢金.基于能力本位的高职电视节目制作专业课程体系研究[D].湖南大学,高等教育学,2011,硕士.
[22]杜传鹏.长大隧道贯通误差分析及程序实现[D].西南交通大学,测绘工程,2013,硕士.
[23]卢璐芬.福建PT邮电器材有限公司绩效管理的优化[D].厦门大学,工商管理,2014,硕士.
[24]马冰星.网络舆论引导研究[D].北京交通大学,2013.
[25]白文.中俄全面战略协作伙伴关系研究[D].辽宁大学,国际关系,2012,硕士.
[26]本报记者陈清清李京.IT技术为会计人助力[N].中国财经报,2003/03/05003.
[27]李昕.文学翻译中陌生化手法的再现[D].湖南师范大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[28]彭玉娇.二维超声与组织弹性成像在乳腺良恶性肿块中的联合应用价值[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[29]白云祥,杜永生.提速后兰新线交叉越区供电的实践[J].中国铁路.2002(03)
[30]唐功友,张勇.一类不确定性非线性网络控制系统的扰动抑制[J].控制与决策,2008,09:1055-1059+1064.
[31]刘亚杰.赤峰市宁城县蒙古族中学高中现当代散文课堂讲解研究[D].内蒙古师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[32]李永光.基于特征提取的人体检测方法[D].吉林大学,软件工程,2012,硕士.
[33]王显伦1,2,任顺成2,潘思轶1,*,曹丽萍3.木聚糖酶对面团流变性和热力学特性的影响[J].食品科学.
[34]李淑琦.基于Heston随机波动模型的近似精确仿真技术研究[D].广东工业大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[35]蔚志刚.二氧化碳回收精制监控系统设计和实现[D].大连理工大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[36]尹璐旻.小电流选线有效域和混沌法判据的研究[D].华北电力大学（北京）,2005.
[37]王赫男.河北省农产品冷链物流市场分析[D].河北师范大学,国际商务,2014,硕士.
[38]刘秋晨.留学生现代汉语名量词偏误分析[D].苏州大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[39]罗震宇.东喜马拉雅构造结变质岩石学和显微构造特征及其地质意义[D].中国地质大学,构造地质学,2003,硕士.
[40]孙誉.产品平台衍生品数量的影响机制研究[D].哈尔滨工业大学,企业管理,2014,硕士.
[41]董雪.固安县土地利用结构与效益变化研究[D].中国地质大学（北京）,土地资源管理,2014,硕士.
[42]刘廷廷.语音转换的研究[D].河北科技大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[43]唐胜男.社区日间照料中心空间特征研究[D].北方工业大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[44]李良桃.基于胜任特征的中小学体育教师招聘问卷编制与检验[D].华中师范大学,体育人文社会学,2013,硕士.
[45]王莹.初中古诗文中的中国文化[D].渤海大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[46]赵春,李显扬,陈慕菁,汪晓男.人力资源决策支持系统的开发与设计[J].北京化工大学学报(社会科学版),2004,02:16-21.
[47]江凯.盖挖法地铁车站结构受力分析及数值模拟研究[D].北京交通大学,地下工程,2013,硕士.
[48]段润章.温病学派兴起历程的再解读[D].黑龙江中医药大学,中医临床基础,2014,硕士.
[49]王杰志.阜新市城市绿地系统规划[D].辽宁工程技术大学,建筑与土木工程,2004,硕士.
[50]陈远宏.高校贫困生精神贫困教育救助管理对策研究[D].华侨大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.