MIMO雷达优化波形设计与信号处理研究

发布时间：2020-05-03 12:40

【摘要】：波形设计作为雷达领域的一个重要课题,一直受到了学者们的广泛关注。特别地,波形设计在多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达里扮演了极其重要的角色。一般来讲,MIMO雷达波形设计主要可分为发射方向图匹配设计、正交波形设计、发射波形和接收信号处理联合设计以及与通信系统频谱相兼容的波形设计等问题。围绕着MIMO雷达波形设计,本论文借助一些优化理论对该问题进行研究。本文的主要贡献和创新总结如下:(1)针对恒模约束下的MIMO雷达发射方向图匹配设计问题,本文提出了两种直接的发射方向图设计的新方法,即非线性交替方向乘子法(Nonlinear Alternating Direction Method of Multipliers,Nonlinear-ADMM)和双重ADMM(Double-ADMM)算法,提高了发射方向图的匹配性能,降低了计算复杂度。(2)针对恒模约束下的MIMO雷达低相关旁瓣的波形设计问题,本文提出了两种直接的算法来求解以最小化加权积分旁瓣电平(Weighted Integrated Sidelobe Level,WISL)为准则的非凸问题,即块坐标下降(Block Coordinate Descent,BCD)算法和Nonlinear-ADMM算法,降低了设计波形的自/互相关旁瓣电平,提高了算法的收敛速度。(3)针对信号依赖型干扰环境下的MIMO雷达发射波形和接收权联合设计问题,本文提出了一种原始-对偶算法来求解以最大化输出信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)为准则且同时包含了峰值平均功率比(Peakto-Average-Power Ratio,PAPR)和相似性约束的非凸优化问题,即多乘子的块连续上界极小化(Block Successive Upper Bound Minimization Method of Multipliers,BSUM-M)算法,提升了输出SINR,降低了计算复杂度。(4)针对多目标和信号依赖型干扰背景下的MIMO雷达频谱兼容波形设计问题,本文提出了一种迭代算法来联合优化发射波形和接收滤波器,即最小方差无失真响应-对偶上升法(Minimum Variance Distortionless Response Dual Ascent Method,MVDR-DAM)算法,且分析了MVDR-DAM算法的收敛性和复杂度,快速地实现了SINR约束和相似性约束下的频谱兼容波形设计。(5)针对通信感知的MIMO雷达发射方向图设计问题,本文提出了两种近似的原始-对偶框架来求解以最小化加权求和的方向图积分旁瓣/主瓣比和空频带内波形的能量为优化准则的非凸问题,即线性近似的ADMM(Linearized Approximation ADMM,LA-ADMM)算法和二次近似的ADMM(Quadratic Approximation ADMM,QA-ADMM)算法,且分析了它们的收敛性和复杂度,灵活地实现了与通信系统频谱兼容的发射方向图设计。
【图文】：

图 1-1 MIMO 无线通信系统原理图MIMO 雷达的分类 集中式 MIMO 雷达MIMO 雷达系统根据收/发天线在空间的分布情况，可将 MIMO 雷达系大类，第一类是共置 MIMO 雷达，也称集中式 MIMO 雷达[12,13]，，这收/发天线紧凑排列，通常满足传统半波长阵元间距，其雷达结构示1-2所示。与传统 PA 雷达不同，这里每个阵元天线发射不同的波形。为第 个阵元发射的波形。不失一般性，以第 个发考，第 个阵元发射的信号达到位于 方向处的目标，并由该目标反， 是目标复反射系数， 是第 个阵元相对于第一个阵元的延时，

这类雷达的收/发天线紧凑排列，通常满足传统半波长阵元间距，其雷达结构示意图如图1-2所示。与传统 PA 雷达不同，这里每个阵元天线发射不同的波形。假设为第 个阵元发射的波形。不失一般性，以第 个发射阵元为参考，第 个阵元发射的信号达到位于 方向处的目标，并由该目标反射的信号为(1-1)式中， 是目标复反射系数， 是第 个阵元相对于第一个阵元的延时，以均匀线阵为例
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN958

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本文编号：2647542