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基于信杂噪比和互信息的随机目标自适应波形设计

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基于信杂噪比和互信息的随机目标自适应波形设计

作者：彭水莲北京理工大学

学位级别：硕士

雷达系统的探测性能一定程度上取决于雷达发射波形。传统雷达在发射机端发射固定参数形式的电磁波信号对目标及环境进行照射,在接收机端采用复杂的信号处理算法来实现雷达探测性能。然而,在目标所处的真实环境中,复杂地形和电磁环境存... 详细信息

雷达系统的探测性能一定程度上取决于雷达发射波形。传统雷达在发射机端发射固定参数形式的电磁波信号对目标及环境进行照射,在接收机端采用复杂的信号处理算法来实现雷达探测性能。然而,在目标所处的真实环境中,复杂地形和电磁环境存在不同程度的时变效应,传统雷达发射的固化参数波形及其信号处理系统中建立的单一环境模型难以适应复杂的时变环境,如何根据时变环境和目标先验信息自适应调整发射波形得到最优发射信号,并使雷达回波观测数据携带的目标信息最大化对提高雷达系统的探测性能具有重要意义。雷达面临的时变环境容易引起目标姿态角变化从而导致其RCS的随机起伏,本文针对RCS随机变化的随机目标自适应发射波形设计方法进行了深入研究,具体内容如下:研究了信息论相关理论,包括自信息、信源熵、互信息与不确定度的关系;分析了雷达系统输出信杂噪比、雷达回波接收数据与目标参数特性间的互信息对雷达系统探测性能的影响;建立了有限能量有限时间的随机目标模型,引入功率谱方差/能量谱方差概念代替功率谱密度/能量谱密度描述随机目标特性。针对能量有限、时间有限的随机目标模型,在给定发射信号能量条件下,基于最大化系统输出端信杂噪比准则,研究最优检测波形设计;在杂波和噪声环境下,通过拉格朗日乘子技术或最大边缘分配算法求解得到的最优发射信号能量谱;仿真分析了最大边缘分配算法中最小能量分配单元这一参数对算法性能的影响,并仿真对比分析拉格朗日乘子技术和最大边缘分配算法在求解基于信杂噪比准则设计的最优波形能量谱的优劣。针对能量有限、时间有限的随机目标模型,在给定发射信号能量条件下,基于最大化系统输出与目标参数特性间互信息准则,研究最优估计波形设计;在杂波和噪声环境下,通过拉格朗日乘子技术或最大边缘分配算法求解得到的最优发射信号能量谱;仿真分析最大边缘分配算法中最小能量分配单元这一参数对该算法性能的影响,并仿真对比分析拉格朗日乘子技术和最大边缘分配算法在求解基于互信息准则设计的最优波形能量谱的优劣;同时,针对同一随机目标,利用同一求解技术仿真对比分析基于信杂噪比和基于互信息准则设计的最优波形能量谱。针对基于信杂噪比和基于互信息准则求得的最优发射信号能量谱,利用横幅最小二乘误差迭代法,将发射信号能量谱合成发射信号时域波形;为便于工程应用,对合成的时域波形相位进行均匀量化得到调相波形;从模糊函数、峰值旁瓣比、多普勒容限三个波形性能指标验证合成调相波形相比于传统线性调频波形、m序列波形的性能。

关键词：雷达波形设计随机目标信杂噪比互信息最大化边缘分配

杂波环境下的OFDM MIMO雷达波形设计

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华中科技大学学报（自然科学版） 2018年第9期46卷 9-14页

作者：柏婷陈松田英华信息工程大学数据与目标工程学院

为提高杂波环境下的目标检测性能,基于正交频分复用（OFDM）多输入多输出（MIMO）雷达的波形和频率分集,提出了一种联合优化发射波形和接收滤波器的方法.首先以各天线发射功率和发射波形功率峰均比（PAPR）为约束条件,最大化输出信杂噪... 详细信息

为提高杂波环境下的目标检测性能,基于正交频分复用（OFDM）多输入多输出（MIMO）雷达的波形和频率分集,提出了一种联合优化发射波形和接收滤波器的方法.首先以各天线发射功率和发射波形功率峰均比（PAPR）为约束条件,最大化输出信杂噪比（SCNR）为目标函数建立优化模型.然后利用循环迭代将优化问题分为两部分,并通过拉格朗日乘子法、半正定松弛（SDR）、Charnes-Cooper转换和随机化方法,求解得到最优发射波形和接收滤波器权值.仿真结果表明：所提方法的在满足PAPR约束的条件下,输出SCNR与理想波形的差距控制在0.3 dB以内,优于仅设计发射波形的方法和连续二次规划修正法,且PAPR的约束和序列长度变化几乎不影响算法性能.

关键词： MIMO雷达目标检测波形设计循环迭代信杂噪比

一种基于先验信息的机载MIMO雷达发射方向图设计方法

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电子与信息学报 2015年第5期37卷 1038-1043页

作者：施君南纠博刘宏伟王旭西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室西安710071

在非均匀杂波背景下,针对旁瓣杂波抑制问题,该文提出一种基于先验信息的机载多输入多输出(MIMO)雷达发射方向图设计方法。该方法利用目标和杂波在空域和多普勒域的2维先验信息,以最大化雷达空时匹配滤波后的输出信杂噪比(SCNR)为准则,... 详细信息

在非均匀杂波背景下,针对旁瓣杂波抑制问题,该文提出一种基于先验信息的机载多输入多输出(MIMO)雷达发射方向图设计方法。该方法利用目标和杂波在空域和多普勒域的2维先验信息,以最大化雷达空时匹配滤波后的输出信杂噪比(SCNR)为准则,建立关于发射信号相关矩阵的优化代价函数,并采用半正定规划(SDP)方法进行求解。仿真表明,在非均匀杂波背景下,采用该文方法优化设计的发射方向图可有效提高空时2维匹配滤波后的输出信杂噪比。

关键词：机载雷达多输入多输出雷达信杂噪比发射方向图空时2维匹配滤波

一种基于先验信息的MIMO雷达发射方向图设计方法

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电子与信息学报 2013年第12期35卷 2802-2808页

作者：王旭纠博刘宏伟保铮西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室西安710071

旁瓣杂波抑制一直是雷达目标检测的一个重要问题,针对这个问题,该文提出一种基于先验信息的MIMO雷达发射方向图设计方法。该方法以距离维感兴趣区域的正交波形回波的相关矩阵为先验信息,以最大化回波中的信杂噪比为准则,建立对发射信号... 详细信息

旁瓣杂波抑制一直是雷达目标检测的一个重要问题,针对这个问题,该文提出一种基于先验信息的MIMO雷达发射方向图设计方法。该方法以距离维感兴趣区域的正交波形回波的相关矩阵为先验信息,以最大化回波中的信杂噪比为准则,建立对发射信号相关矩阵的优化代价函数,并采用半正定规划求解;再利用共轭梯度法对恒模发射波形进行优化。仿真结果表明,在空域非均匀杂波背景下,优化后的波形可以有效地提高回波信杂噪比。

关键词： MIMO雷达波形设计发射方向图杂波抑制信杂噪比

用于扩展目标检测的OFDM-MIMO雷达波形设计

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南京理工大学学报 2012年第2期36卷 309-313页

作者：庄珊娜贺亚鹏朱晓华南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094

为了检测扩展目标,该文提出一种已知统计特性的杂波和噪声背景下提高正交频率分集复用-多输入多输出(OFDM-MIMO)雷达检测性能的波形设计方法。利用扩展目标一维距离像的频率特性,基于匹配照射理论给出了雷达回波向量模型,在此基础上建... 详细信息

为了检测扩展目标,该文提出一种已知统计特性的杂波和噪声背景下提高正交频率分集复用-多输入多输出(OFDM-MIMO)雷达检测性能的波形设计方法。利用扩展目标一维距离像的频率特性,基于匹配照射理论给出了雷达回波向量模型,在此基础上建立最大化检测信杂噪比的目标函数;通过交替迭代搜索获得优化发射波形和最优接收滤波器。仿真结果表明,经调制的OFDM-MIMO雷达发射波形具有稳健的抗杂波性能,可提高检测信杂噪比,改善OFDM-MIMO雷达检测性能。

关键词：正交频率分集复用多输入多输出雷达扩展目标检测波形设计匹配照射信杂噪比检测概率

机载预警雷达KA-STAP杂波抑制方法研究

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雷达科学与技术 2019年第4期17卷 396-400,408页

作者：刘宝泉刘春静代泽洋中国电子科技集团公司第三十八研究所安徽合肥230088 孔径阵列与空间探测安徽省重点实验室安徽合肥230088

提出了一种机载预警雷达杂波抑制方法。该方法针对非均匀环境空时样本不足导致空时二维自适应信号处理(STAP)性能受限的问题,采用同一平台获取的相同频段、分布近似的历史数据,参与构建了空时二维自适应信号处理(STAP)的协方差矩阵,开... 详细信息

提出了一种机载预警雷达杂波抑制方法。该方法针对非均匀环境空时样本不足导致空时二维自适应信号处理(STAP)性能受限的问题,采用同一平台获取的相同频段、分布近似的历史数据,参与构建了空时二维自适应信号处理(STAP)的协方差矩阵,开展杂波抑制效果评估。基于实际数据的杂波抑制结果表明,可以有效提高杂波背景下目标信杂噪比,在强杂波区的杂波抑制得益明显,在弱杂波区杂波抑制性能不恶化。最后,针对该方法的工程应用提出了系统设计考虑,为机载预警雷达反杂波提供了新的思路。

关键词：机载预警雷达知识辅助空时自适应信号处理(KA-STAP) 历史数据信杂噪比

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一种认知MTD雷达脉间编码设计方法

雷达科学与技术 2016年第4期14卷 349-354,363页

作者：史常丽张劲东邱晓燕吴悦南京航空航天大学电子信息工程学院江苏南京211106

认知动目标检测(MTD)雷达系统根据时变的杂波环境改变发射,从而改善回波的信杂噪比(SCNR)。针对在信号相关杂波中MTD雷达的发射设计问题,研究了基于慢时间域脉冲编码的MTD雷达模型,讨论了SCNR改善的可行性;提出了用于SCNR改善的脉间编... 详细信息

认知动目标检测(MTD)雷达系统根据时变的杂波环境改变发射,从而改善回波的信杂噪比(SCNR)。针对在信号相关杂波中MTD雷达的发射设计问题,研究了基于慢时间域脉冲编码的MTD雷达模型,讨论了SCNR改善的可行性;提出了用于SCNR改善的脉间编码优化设计准则,给出了优化问题的简化方法,并针对锥约束下的二次型规划(CCQP)问题提出了一种基于简约梯度法的编码设计方法。仿真结果表明,慢时间域编码优化能够有效改善回波的SCNR,且该算法具有运算量小和实时性能好的特点。

关键词：认知MTD雷达脉间编码设计信杂噪比锥约束下二次型规划简约梯度法

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海杂波中的雷达目标检测技术综述

现代雷达 2014年第12期36卷 1-9页

作者：何友黄勇关键陈小龙海军航空工程学院信息融合研究所山东烟台264001 海军航空工程学院电子信息工程系山东烟台264001

首先,总结了雷达对海上目标进行检测时面临的三个主要难点;然后,重点讨论了几种典型的具有较大发展潜力的海上目标雷达检测技术;并在上述分析的基础上总结了雷达对海上目标检测技术的发展趋势,即,雷达对海上目标的检测技术逐渐从单维度... 详细信息

首先,总结了雷达对海上目标进行检测时面临的三个主要难点;然后,重点讨论了几种典型的具有较大发展潜力的海上目标雷达检测技术;并在上述分析的基础上总结了雷达对海上目标检测技术的发展趋势,即,雷达对海上目标的检测技术逐渐从单维度信息利用、单手段处理向空、时、频、波形和极化等多维度信息综合利用,多视角、多波段、多脉冲、多层面、多波形、相参和非相参等多手段处理改善信杂噪比的方向发展。

关键词：海杂波雷达目标检测信杂噪比多维度信息多手段处理

基于概率分布的SAR-GMTI目标定位误差分析

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现代雷达 2009年第3期31卷 21-26页

作者：吕孝雷李晓明邢孟道张守宏西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室

由于地面上动目标存在径向速度,在合成孔径雷达成像(SAR)图像上产生方位向的位置偏移。为了能够在SAR图像上正确显示目标位置并对其聚集成像,需要对动目标重新定位。文中介绍了常用的多通道SAR地面动目标显示的定位误差分析方法,并提出... 详细信息

由于地面上动目标存在径向速度,在合成孔径雷达成像(SAR)图像上产生方位向的位置偏移。为了能够在SAR图像上正确显示目标位置并对其聚集成像,需要对动目标重新定位。文中介绍了常用的多通道SAR地面动目标显示的定位误差分析方法,并提出了一种基于误差概率分布的定位精度分析新方法。该方法有效地将复图像的视数、相干性、信杂噪比、检测门限、干涉幅相统计特性有效结合,更符合实际情况,同时对系统定位指标设计具有较好的指导意义。

关键词：合成孔径雷达成像定位误差合成孔径雷达成像-地面动目标显示概率分布信杂噪比