MIMO雷达中频分相位编码线性调频波形分析及优化设计

发布时间：2020-07-25 14:36

【摘要】：正交频分线性调频(Orthogonal Frequency Division Linear Frequency Modulation,OFD-LFM)波形是多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,MIMO)雷达中一种经典的发射波形,具备优良的目标探测性能。然而该波形空域合成信号的自相关存在离散栅瓣,容易造成雷达虚警或淹没弱小目标,严重影响雷达的探测性能。为了解决这一问题,本文在已有的解决方法基础上,提出了一种新的解决方法,并将已有的解决方法和所提出的新方法相结合,定义了一种新的波形结构,即频分相位编码线性调频(Frequency Division-Phase Coded Linear Frequency Modulation,FD-PCLFM)波形。为了进一步改善FD-PCLFM波形的探测性能,本文在分析该波形空时特性的基础上,对FD-PCLFM波形进行了空时联合优化设计,本文的主要工作包括:(1)介绍了MIMO雷达中OFD-LFM波形空域合成信号自相关函数存在离散栅瓣的问题,从理论上分析了栅瓣存在的原因,并总结了消除栅瓣的已有方法。分析表明已有的方法都是通过对OFD-LFM波形结构进行调整以实现栅瓣的消除。(2)为了消除栅瓣,本文提出一种新的OFD-LFM波形结构改进方法,即在OFD-LFM波形上调制相位编码序列。本文将新的波形结构定义为FD-PCLFM波形,并具体推导了FD-PCLFM波形空域合成信号的自相关函数,在此基础上分析了该波形自相关函数的固有旁瓣属性,从而进一步揭示了FD-PCLFM波形消除离散栅瓣的根本原因。(3)对FD-PCLFM波形进行了具体分析。分析表明FD-PCLFM波形具备线性调频波形和相位编码波形的双重优势,具有旁瓣低、多普勒容忍性好、低截获和抗干扰能力强等优点。对FD-PCLFM波形的时域自相关函数和空域发射方向图进行了公式推导和理论分析。分析表明FD-PCLFM波形的频率间隔、载波基带带宽和相位编码序列是影响空域合成信号自相关旁瓣电平和发射方向图形状的重要波形参数,从而对波形的探测性能起决定性作用。(4)以FD-PCLFM波形空时特性分析为基础,本文考虑对FD-PCLFM波形中上述三个重要参数进行优化选择,以进一步提高该波形的探测性能。因此本文以最小化自相关函数峰值旁瓣电平和最小化波形合成方向图与期望方向图的匹配误差作为两个目标函数,建立了一个双目标多变量的非线性优化模型。对该优化模型进行分析简化,提出利用序列二次规划(Sequential Quadratic Programming,SQP)和自适应克隆选择(Adaptive Clonal Selection,ACS)算法进行迭代优化的解决方案,并给出了详细的算法步骤。仿真结果表明所得到的优化波形在具备较低时域自相关旁瓣的同时,在空域能有效地逼近期望方向图,从而有效保证了MIMO雷达的目标探测能力。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN958
【图文】：

第 2 章 MIMO 雷达波形设计理论基础点。混沌具有内随机性以及确定性两个基本特征，首先，混沌相位编码序列具有随机性，具有良好的抗干扰性能以及保密性能；其次，混沌序列具有确定性，在给定系统参数和初始条件的情况下，混沌序列易于产生和重构。Logistic 映射，又称为虫口映射，是一种抛物线映射。其表达式为x ( n 1) x ( x )(1 x ( n )), x ( n) [0,1]。图 2.10(a)表示初始条件 x (0) 0.4时，Logistic 参数 在[3,4]之间变化时的 Logistic 混沌映射分歧图，图中的点即表明了所有可能的 x ( n )的取值范围，因此选取 Logistic 参数 越接近 4， 的取值范围越是接近平均分布于整个 0 到 1 的区域内，迭代生成的值是一种伪随机分布状态。Tent 映射，又称为帐篷映射，是一种直线型映射。其表达式为(n), (n) 1/ 2( 1)(1 x(n)), (n) 1/ 2x xx nx 。图 2.10(b)表示初始条件 x (0) 0.34时，Tent 参数 在[0,1]之间变化时的 Tent 混沌映射分歧图，如图所示 Tent 参数越逼近 1，生成的值越逼近随机状态。

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本文编号：2769957