MIMO雷达波形设计与优化研究

作     者：王娇 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李琦

授予年度：2019年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：MIMO雷达 正交波形 相位编码信号 零相关区 优化算法 

摘      要：MIMO雷达是雷达技术中的一项重大创新,与相控阵雷达相比具有更加优良的性能。这些优良性能的取得是由于MIMO雷达系统中采用了多个发射、接收天线,且各天线能够自由选择不同的雷达信号并发射正交波形。也正是由于这样的特性,使得各个天线发射的波形成为MIMO雷达性能的重要影响因素,因此设计出良好的发射波形对MIMO雷达系统具有重要意义。本文分析了正交波形的基本原理,展开了对相位编码MIMO雷达正交波形设计与优化问题的研究,详细内容如下:1、针对MIMO雷达多个发射天线之间存在波形相互干扰的问题,构造了一类零相关区周期互补序列集。所构造的ZCZ周期互补序列集中含有多个子集,因每个子集都可以构成一个零相关区序列集,从而能够使同一天线在不同时间发射的信号互不影响;同时,又因不同子集在同一位置处的子序列构成的序列集同样为零相关区序列集,从而使不同天线发射的信号在零相关区内互不影响。此外,该序列集中子集数、子集中子序列个数都可以灵活设置,使其在MIMO雷达系统中更加适用。通过实验验证了所构造的序列集能够很好的应用于MIMO雷达,对模糊图的分析表明本文构造的序列集在零相关区内具有良好的距离模糊函数。2、针对MIMO雷达发射正交波形的问题,提出一种改进的飞蛾扑火优化算法,应用此改进算法对相位编码信号集的相关性能进行优化,设计出近似正交的MIMO雷达发射信号集。在算法的改进方法中,增加火焰的搜索过程,使火焰不仅能够保存最优飞蛾位置还具有搜索最优解的功能。仿真实验结果表明,改进方法明显提高了飞蛾扑火优化算法的收敛速度和收敛精度,且优化得到MIMO雷达发射信号集具有较低的自相关旁瓣值和互相关值。3、将飞蛾扑火和差分进化算法进行结合,提出了一种应用于MIMO雷达正交波形优化问题的混合算法,利用此混合算法对MIMO雷达发射信号集的相关性能进行提高。该混合算法不仅具有MFO搜索范围较大、DE收敛速度快的优点,还能弥补MFO收敛速度慢、DE容易丧失解多样性的不足。通过实验表明混合算法在收敛速度和收敛精度上都得到明显提高,优化所得的MIMO雷达相位编码信号集整体具有较好的相关性能。