基于优化多相编码和天线设计的MIMO STAP方法研究-论文.pdf

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1、第l4卷第22期2014年8月科学技术与工程Vo1．14No．22Aug．20141671—1815(2014)22—0207—05ScienceTechnologyandEngineering@2014Sci．Tech．Engrg．基于优化多相编码和天线设计的MIMOSTAP方法研究吴昊天王兴亮李伟(空军工程大学信息与导航学院，西安710077)摘要多收多发雷达发射正交波形以获得良好的波形分集增益和更高的自由度。为了提高信号的自相关和互相关性能，采用循环算法，得到了具有低自相关旁瓣峰值和互相关峰值的多相编码信号。仿真实验表明，

2、与本文提到其他优化方法相比，循环算法运算量低、收敛速度快。结合优化波形和发疏收密天线阵列结构，实现多发多收雷达杂波抑制和动目标检测，解决了天线阵列稀疏导致的盲速等问题，实现了良好的空时自适应处理性能。关键词MIMO雷达多相编码循环算法阵列设计空时自适应处理中图法分类号TN794；文献标志码AMIMO雷达已经成为近年来雷达领域研究热点的信号。脉冲压缩性能良好的信号(表现为自相关之一l1-3]。使用多个天线同时发射相互正交的信函数旁瓣峰值电平较低)能够显著地提高雷达的探号，并使用多个天线接收回波，是MIMO雷达区别于测能力以及距离分

3、辨率；正交性能良好的信号(表其他雷达体制最显著特点。相比传统相控阵雷达，现为互相关函数峰值电平较低)可以有效地降低不MIMO雷达空问分集增益和波形分集增益的优势，同回波问相互干扰并充分利用MIMO雷达波形分集使其具有更高的目标分辨率，更好的参数估计性能、增益的优势。相位编码信号是一种脉冲压缩信号，目标跟踪和识别能力⋯。根据发射阵元和接收阵具有较强抗干扰能力和较高跟踪精度等优点，现有元的布阵形式不同，现有文献一般将MIMO雷达分正交波形设计多针对相位编码信号展开：文献[4]为集中式MIMO雷达和分布式MIMO雷达两大类。使用模拟退

4、火算法，以相关函数旁瓣的加权平方和分布式MIMO雷达发射天线和接收天线之间相距较为目标函数，通过最小化目标函数，对相位编码信号“远”，可以认为其天线对目标的观测视角不同且接进行优化设计，得到了具有低自相关旁瓣峰值和互收回波相互独立，所以分布式MIMO雷达在一定程相关峰值的四相编码信号；文献[5]使用遗传算法，度上可以克服目标的RCS(radarCROSSsection)闪烁，优化设计四相编码信号，较文献[4]更进一步降低对隐身目标探测有积极意义J。集中式MIMO雷了自相关旁瓣峰值和互相关峰值；文献[6]基于达发射、接收阵元空间位

5、置相对较“近”，天线发射Frank补码设计了正交性能较好的多相码，但该方多个不同且相互正交信号，可充分利用波形分集的法设计的编码长度有限。文献[7]提出了一些优势，集中式MIMO雷达在目标参数估计、基于目标其他设计方法：文献[7]通过对发射波形的协方差检测的自适应阵元应用技术、发射方向图设计的灵矩阵优化得出相应的发射波束方向图；文献[8]通活性等方面有着突出优势J。本文针对集中式过最大程度地逼近给定的协方差矩阵对波形进行直MIMO雷达(下文中简称MIMO雷达)进行正交波形接设计；文献[9]基于一定的先验信息(如目标的冲和天线布阵

6、设计的研究。激响应)，通过优化某一统计学意义上的准则(回波为了在接收端较好地分离不同的回波信号以获信号与目标冲激响应的互信息量)而对信号进行得更高自由度，MIMO雷达一般要求发射相互正交设计。空时自适应处理技术在民用和军用中都发挥着2014年2月28日收到国家自然科学基金(61302153)、航空基金(20122096011)资助重要的作用，如地貌观测、战场监测、侦查、机载动目第一作者简介：吴吴天(1990一)，男，河南商丘人，硕士研究生。研标显示、地面目标显示等。文献[10]对传统相究方向：MIMO雷达关键技术。E—mail：

7、337350268@qq．tom。控阵雷达中STAP技术的基本理论进行了详尽的阐述；文献[11]提出了MIMOSTAP的概念；文献[12]提出了一种MIMOSTAP的新算法，可以有效降低计科学技术与工程14卷算复杂度。现有MIMO雷达天线设计的研究多围绕∑∑∑，(n)I(4)线性均匀天线阵列展开¨MJ，但其STAP性能有限，ml=Im2=1．m2≠mln一N+1且未考虑平台尺寸的限制，离实际需求还有一定差1．2优化方法距，不能直接应用到MIMOSTAP以提高动目标显示定义发射信号矩阵为：性能。X=[⋯M]M(5)基于正交波形设计

8、的需求，本文结合循环算式(5)中，表示第m个天线的发射信号。法¨纠对多相编码信号进行优化设计。循环算法基X=[(1)(2)⋯(Ⅳ)](6)于快速(逆)傅里叶变换，以积分旁瓣电平作为目标循环算法以最小化式(4)的目标函数作为其优函数，通过最小化积分旁瓣电平设计恒模