恒模约束下机载MIMO雷达的稳健发射接收联合优化方法.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CN111856410A(43)申请公布日2020.10.30(21)申请号202010705704.4(22)申请日2020.07.21(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址230037安徽省合肥市黄山路460号国防科技大学电子对抗学院(72)发明人李志汇潘继飞师俊朋武东明石树杰李天琪(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代理人郭璐(51)Int.Cl.G01S7/282(2006.01)G01S7/292(2006.01)G01S7/41(2006.01)G01S13/50(2006.01)权利要求书5页说明书14页附图4页(54)发明名称恒模约束下机载MIMO雷达的稳健发射接收联合优化方法(57)摘要本发明公开了一种恒模约束下机载MIMO雷达的稳健发射接收联合优化方法，包括以下步骤：机载MIMO雷达快时间波形相关信号模型的建立；稳健的发射接收联合设计模型的建立；接收滤波器的优化；基于分式规划和Powermethod‑like迭代，或者基于半正定规划和随机化的稳健恒模发射波形优化；利用优化结果进行STAP处理。本发明考虑目标多普勒频率和空间锥角存在着不确定性，以平均输出SCNR作为优化目标，即最大化平均输出SCNR，同时保持发射波形的恒模约束，提出了基于分式规划和Powermethod‑like迭代，以及基于半正定规划和随机化的稳健恒模发射波形优化方法，这两种方法都能够获得迭代递增的输出SCNR性能，而且对目标参数的不确定性具有稳健性，可用于雷达和通信等领域。CN111856410ACN111856410A权利要求书1/5页1.恒模约束下机载MIMO雷达的稳健发射接收联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤，S1：构建机载MIMO雷达快时间波形相关信号模型；S2：基于步骤S1中的快时间波形相关信号模型，构建具有恒模约束的稳健发射接收联合设计模型；S3：对稳健发射接收联合设计模型中的接收滤波器进行优化；S4：对稳健发射接收联合设计模型中的发射波形进行优化。2.根据权利要求1所述的恒模约束下机载MIMO雷达的稳健发射接收联合优化方法，其特征在于，步骤S1中构建机载MIMO雷达快时间波形相关信号模型的方法包括以下步骤，S11：对快时间变化的机载MIMO雷达系统，假设机载雷达的发射阵元和接收阵元个数分别为NT和NR，dT和dR分别表示发射阵元之间和接收阵元之间的间距，它们之间满足如下关系dT＝γdR，每个发射阵元在一个相干处理间隔内发射K个慢时间编码的脉冲，机载雷达平台的速度为Vp，目标相对于平台的径向速度为Vt，目标相对于平台飞行方向的空间锥角为φt；S12：令单个脉冲内系统的发射波形矩阵其中，si(1，…，NT)表示第i个天线的发射波形，Lc表示码长；则第k个脉冲的接收信号可以表示为：T其中，(·)表示矩阵转置操作，ξt表示目标的散射幅度，fd，t＝2[Vpcos(φt)+Vt]/(λfr)表示目标的归一化多普勒频率，λ表示波长，fr表示脉冲重复频率，和分别表示发射空域导向矢量和接收空域导向矢量，它们的具体表示形式为和其中，fs，t＝dTcos(φt)/λ表示目标的空域频率；S13：对Xt，k进行向量化操作，可以得到其中，表示矩阵Kronecker积操作，表示NR×NR的单位矩阵；S14：将所有脉冲接收的目标信号搜集起来，令则接收的目标信号可以表示为其中，表示时域导向矢量，S15：机载MIMO雷达系统中，杂波回波可以看做是信号相关的干扰，而且单个距离单元的杂波回波通常由许多相互独立且是信号相关的杂波散射块构成；令接收到的待检测单元的杂波回波为2CN111856410A权利要求书2/5页其中，ξc,i表示第i个杂波块的复幅度，表示相应的归一化多普勒频率，vc,i表示目标的空时导向矢量，具体表达形式为其中，b(φc，i)和a(φc，i)分别表示第i个杂波块对应的时域导向矢量，接收导向矢量和发射导向矢量，它们具有与目标相同的表达形式；S16：将uc，i，bc，i和ac，i分别表示b(φc，i)和a(φc，i)，则机载MIMO雷达系统总的接收信号为x＝xt+xc+xn，其中，xn表示KNRLc×1维的噪声向量，服从零均值且协方差矩阵为的复高斯分布。3.根据权利要求2所述的恒模约束下机载MIMO雷达的稳健发射接收联合优化方法，其特征在于，步骤S2构建具有恒模约束的稳健发射接收联合设计模型的具体操作包括以下步骤，H2S21：对步骤S1中接收到的目标信号进行滤波处理得到E{|wxt|}，对S1中接收到的杂波和噪声信号进行处理得到最大化输出信杂噪比，得到STAP处理后的SCNR，其中，Rc表示波形相关的杂波协方差矩阵，具体为S22：