【摘要】：多輸入多輸出(MIMO)雷達系統(tǒng)具有多個獨立發(fā)射天線和多個獨立接收天線。分置天線MIMO雷達各收發(fā)天線以較大間隔分開放置可形成多個獨立收發(fā)通道。共置天線MIMO雷達各發(fā)射天線可發(fā)射不同波形。天波超視距(OTH)雷達系統(tǒng)已經(jīng)成為空中海面早期預警的重要手段之一。OTH雷達發(fā)射信號可通過電離層反射、克服地球曲線影響、檢測并跟蹤數(shù)千公里以外的目標。隨著對MIMO雷達研究的逐步深入,MIMO雷達技術的優(yōu)勢正被引入到OTH雷達中。本文將采用MIMO技術的OTH雷達系統(tǒng)稱為MIMO-OTH雷達。針對MIMO雷達目標檢測和波形設計以及在MIMO-OTH雷達系統(tǒng)中的應用,本文的主要貢獻及工作包含以下幾個方面:(1)非高斯雜波下分置天線MIMO雷達的動目標檢測研究目前關于分置天線MIMO雷達的目標檢測理論,多是假定雜波服從高斯分布,但在實際情況中,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的檢測器,然后構造了服從Log-Nomal(LN)分布的非高斯雜波模型,分別針對高斯雜波和非高斯雜波模型,對分置天線MIMO雷達和相控陣雷達進行了系統(tǒng)性能仿真,并在非高斯雜波模型下,對不同目標速度下各雷達系統(tǒng)的檢測器性能進行了比較,最終通過對比得到了在非高斯雜波背景下MIMO雷達性能的結論,這些結論具有工程參考價值。(2)基于壓縮感知(CS)的分置天線MIMO雷達動目標檢測文中研究了基于CS的MIMO雷達動目標檢測問題。在傳統(tǒng)集中式MIMO雷達信號處理中,需要對二維目標速度做搜索,從而產生巨大運算量,本文提出了將CS技術用于MIMO雷達動目標檢測,從而大幅度降低運算量。推導了CS MIMO雷達動目標檢測器。仿真實驗中定量分析了采用CS技術所降低的計算量,同時對比了CS MIMO雷達和傳統(tǒng)集中式MIMO雷達的動目標檢測性能。(3)MIMO雷達發(fā)射方向圖與波形設計研究共置天線MIMO雷達發(fā)射方向圖與波形設計問題。本文提出了將各發(fā)射波形構造為一組具有正交特性的離散長球(DPS)序列的加權求和。不同發(fā)射波形采用同一組DPS序列和不同權值系數(shù),因此可通過調節(jié)各發(fā)射波形的權值系數(shù)靈活改變各發(fā)射波形間的相關性。在總能量一定的約束條件下設計發(fā)射波形來擬合期望發(fā)射方向圖。不同于傳統(tǒng)兩步設計過程:先設計波形協(xié)方差矩陣,再根據(jù)所設計的協(xié)方差矩陣綜合出優(yōu)化波形,本文利用DPS產生原理,提出了一種新的MIMO雷達發(fā)射方向圖和波形設計方法,僅需一步便可直接設計發(fā)射方向圖和波形,仿真驗證了本文所提出方法的有效性。(4)認知MIMO雷達LFM波形設計根據(jù)感知的目標和雜波加噪聲的統(tǒng)計特性,本文提出了不同發(fā)射天線發(fā)射的線性調頻(LFM)波形可具有不同的起始頻率和帶寬,通過最大化認知MIMO雷達系統(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)化設計起始頻率和帶寬等LFM波形參數(shù),得到MIMO雷達波形。仿真實驗表明,設計出的優(yōu)化LFM波形是一組非正交波形,且其帶來的性能優(yōu)于傳統(tǒng)MIMO雷達中常用的頻率擴展(FS)LFM波形所帶來的性能。(5)發(fā)射分置接收共置MIMO-OTH雷達波形設計針對發(fā)射分置接收共置MIMO-OTH雷達系統(tǒng)研究了波形設計問題�？紤]到MIMO-OTH雷達的可利用頻率通常因傳播特性被限制在某一小段頻段內,采用具有良好帶限特性的DPS序列,通過對其加權求和來構造發(fā)射波形。在發(fā)射總能量一定的約束下,以最大化MIMO-OTH雷達系統(tǒng)目標檢測概率為優(yōu)化準則,設計出MIMO雷達波形(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)化波形對應的檢測性能。(6)分置天線MIMO-OTH雷達波形設計研究了分置天線MIMO-OTH雷達下的波形設計問題。采用復合準拋物線(MQP)電離層模型描述電離層特性,并利用MQP模型計算各收發(fā)路徑對應的時延和目標多普勒頻率。在動目標場景下,以最大化分置天線MIMO-OTH雷達檢測概率為優(yōu)化準則,設計MIMO雷達波形。在更一般情況下分析了MIMO-OTH優(yōu)化波形的檢測性能,并分析優(yōu)化波形在發(fā)射天線間的能量分配。
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【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN958

【共引文獻】

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本文編號：2386170