宽带认知被动雷达性能评价及优化研究

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1、宽带认知被动雷达性能评价及优化研究ResearchonPerformanceEvaluationandOptimizationofBroadbandCognitivePassiveRadar学科专业：电子与通信工程研究生：杨杭指导教师：汪清副教授企业导师：黄建尧高级工程师天津大学电子信息工程学院二零一七年十二月摘要被动雷达自身不发射电磁波，具有四抗（抗干扰、抗低空突防、抗反辐射导弹、抗隐身）能力，且成本低等优势。引入认知能提高系统的环境适应能力，但由于不存在发射机，波形不受控制，基于“识别-评价-择

2、优”的认知方法会带来新的挑战。本文首先分析多载波信号参数估计的克拉美罗界。在视距以及点目标的假设前提下，推导了基于多载波信号非相干条件下克拉美罗界的闭式表达式，对非正交多载波调制信号（FilterBankMulticarrier,FBMC），正交频分复用多载波信号（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)，实现参数估计的克拉美罗界（Cramér–Raobound，CRB）对比，指出FBMC相对于OFDM具有的优越性。在去除上述假设后，推导了宽带多载波

3、信号的CRB闭式解，由于宽带信号的带宽大于信道的相干带宽，从而造成多径效应，采用RAKE接收机将不同径信号叠加，实现探测性能提升。其次，提出了基于稀疏编码多址接入（SparseCodeMultipleAccess,SCMA）的MIMO雷达模糊函数的分析方法。对SCMA非正交波形完成了Woodward模糊函数和MIMO雷达模糊函数的仿真分析，并与正交CDMA信号的模糊函数进行比较，仿真表明非正交波形能够提供较好的多普勒性能，且引入MIMO技术的被动雷达系统能提高雷达性能。随后，搭建了基于LTE的被动雷

4、达实验系统，实现室内运动目标检测。实现LTE下行链路信号生成，基于最小二乘的自适应FIR直达波干扰消除算法，实现了延迟距离-多普勒匹配滤波的二维的运动目标检测。最后，在传播算子方法的基础上，提出一种L阵列的DOA估计算法。该算法通过对L阵列的互相关矩阵进行线性运算，可以实现仰角与方位角的自动配对并且避免了奇异值分解的使用，降低了运算的复杂度。除此之外，互相关矩阵还消除了噪声的影响，从而实现性能的优化。仿真结果表明，该算法在复杂度与估计性能之间取得较好的折衷，在低信噪比以及小快拍数的情况下仍能得到较好

5、的估计性能。关键词：被动雷达，性能分析，Cramer-RaoBound，SCMA，DOA估计IABSTRACTPassiveradaritselfdoesnotemitelectromagneticwaves,ithasfouranti(anti-interference,anti-airdefense,anti-radiationmissile,anti-stealth)abilityandwiththeadvantagesoflowcost.Theintroductionofcognitionc

6、animprovetheabilityofthesystemtoadapttotheenvironment.However,becauseoftheabsenceoftransmittersandtheuncontrolledwaveform,cognitivemethodsbasedon“recognition-evaluation-preference”bringnewchallenges.Inthispaper,theparameterestimationperformanceofmulti-

7、carriersignalsworkingaspassiveradarilluminationsourcesareevaluated.Undertheassumptionoflineofsightandpointtarget,theCRBofthemonostaticnon-coherentradarsystemformulti-carriersignalsarederived,wecomparetheresultsbetweenFBMC,akindofnon-orthogonalmulti-car

8、riermodulatedsignalandOFDM’s,whichisatypicalorthogonalmulti-carriermodulatedsignal,aboutCRBofparameterestimation.ThesimulationresultsindicatethatFBMChasadvantagesoverOFDMastheilluminationsourceforpassiveradar.Afterremovingtheaboveassump