基于发射波束域的机载MIMO雷达发射接收稳健联合优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113960583A(43)申请公布日2022.01.21(21)申请号202111122784.1(22)申请日2021.09.24(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址230037安徽省合肥市蜀山区黄山路460号014#(72)发明人李志汇周青松毛云祥师俊朋唐波石树杰武东明李天琪(74)专利代理机构西安研创天下知识产权代理事务所(普通合伙)61239代理人梁宝龙(51)Int.Cl.G01S13/50(2006.01)权利要求书5页说明书13页附图3页(54)发明名称基于发射波束域的机载MIMO雷达发射接收稳健联合优化方法(57)摘要本发明公开了基于发射波束域的机载MIMO雷达发射接收稳健联合优化方法，包括步骤S1：构建机载TB‑MIMO雷达波形相关信号模型；S2：在目标不确定条件下，建立波形相关信号模型的平均输出SINR模型；S3：将平均输出SINR作为联合优化目标，构建目标不确定条件下TB‑MIMO雷达发射接收稳健联合设计问题模型；S4：TB‑MIMO雷达发射接收稳健联合设计问题模型优化求解。本发明将MIMO雷达和相控阵雷达相结合，设计了TB‑MIMO雷达回波信号模型，该模型在杂波背景下能有效提升目标的检测性能；推导了目标先验信息不确定条件下的平均输出SINR作为联合优化目标，设计的发射波束权矢量和接收滤波器对目标线先验信息的不确定性具有稳健性，相比传统机载相控阵雷达和机载MIMO雷达具有更高的目标检测性能。CN113960583ACN113960583A权利要求书1/5页1.基于发射波束域的机载MIMO雷达发射接收稳健联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤，S1：构建机载TB‑MIMO雷达波形相关信号模型；S2：在目标不确定条件下，建立机载TB‑MIMO雷达波形相关信号模型的平均输出SINR模型；S3：将平均输出SINR作为联合优化目标，构建目标不确定条件下TB‑MIMO雷达发射接收稳健联合设计问题模型；S4：目标不确定条件下TB‑MIMO雷达发射接收稳健联合设计问题模型优化求解。2.根据权利要求1所述的基于发射波束域的机载MIMO雷达发射接收稳健联合优化方法，其特征在于，步骤S1的具体操作包括以下步骤，S101：对正侧视机载TB‑MIMO雷达，令发射阵元和接收阵元的个数分别为Nt和Nr，TB‑MIMO雷达通过发射波束域权矢量形成了K(K＜Nt)个正交波形，其中表示形成第k个正交发射波形的波束形成权重向量；每个波形在一个相干处理间隔期间由M个脉冲组成，假设为第k个正交发射波形的第m个脉冲，则辐射到空域角度为θt的目标的第m个脉冲信号为T式中，(·)表示转置，为Kronecker积，IK表示单位矩阵，表示角度为θt的发射导向矢量，f0为载频；S102：假设运动目标和载机之间的相对速度为vt，则接收阵列接收到的目标回波信号可表示为式中，αt为目标复幅度，为接收导向矢量，τ为时间延迟，fd＝2vt/λ为目标的多普勒频率，λ为波长；S103：将接收阵列接收到的目标回波信号经过下变频，并由进行匹配滤波处理，忽略脉冲内部多普勒频率，则第k个正交发射波形的第m个脉冲的匹配滤波输出可以表示为式中，Tr表示脉冲重复时间；S104：令将第k个正交发射波形的第m个脉冲的匹配滤波输出表示为NrM×1的虚拟向量，即式中，表示时域导向矢量；2CN113960583A权利要求书2/5页S105：将步骤S104中得到的K个虚拟向量构成一个NrMK×1的列向量，并为了简化起见，采用ut，at和bt来分别表示u(fd)，a(θt)和b(θt)，则式中，表示NrMK×NtK的空时导向矩阵；S106：根据机载MIMO雷达的杂波模型，将机载TB‑MIMO雷达的杂波回波与被检测距离单元相邻的2P+1个距离门的杂波回波表示为式中，Nc表示单个距离单元内独立杂波块的个数，αc，l，i，fc，l，i和θc，l，i分别表示第l个距离门中第i个杂波块的复幅度，多普勒频率和空域角度；S107：令表示接收到的噪声向量，其中，噪声协方差矩阵为表示噪声方差；S108：为了简化起见，采用At和Ac，l，i分别表示A(fd，θt)和A(fc，l，i，θc，l，i)，则机载TB‑MIMO雷达接收到的总信号为目标信号、杂波信号和噪声信号的综合，也即x＝xt+xc+xn，机载TB‑MIMO雷达波形相关信号模型为3.根据权利要求2所述的基于发射波束域的机载MIMO雷达发射接收稳健联合优化方法，其特征在于，步骤S2的具体操作包括以下步骤，S201：假设目标空域角度和多普勒频率的先验信息已知，θt和fd可以建模为均值分别为和的独立均匀分布的随机变量，即和式中，和δ表示θt和fd不确定值的上界，则接收信号x通过接