干扰条件下基于平均信息量的机载MIMO雷达天线和信号联合优化研究

Coherent MIMO radar transmits and receives multiple orthogonal or correlated signals, and has the potential of getting high performance of parameter estimation. But nearly all existing design of MIMO radar are focused on individual optimization of signal or antenna, at the same time, existing studies have not considered the problem of parameter estimation under jamming. The project studies the airborne two dimensional MIMO radar for parameter estimation. After those key factors affecting the performance of estimation are analyzed and mastered, based on possible jamming techniques,the model of performance of parameter estimation under jamming is gotten on the base of average quantity of information, then the principle of joint optimization of antenna array formation and signal is constructed, through joint optimization of antenna and signal, grating lobes will be eliminated which are caused by sparse antenna, antenna will be made to meet the requirement of signal transmission, the limit on applicable field caused by signal will be removed. The result of the project will improve the application of new techniques in new fields by providing theory base and technique support, which will be valuable for air-defense, countering missiles and air-combat.

相干MIMO雷达发射和接收多个相互正交或有一定相关性的信号，天线阵列等效为发射与接收阵列卷积，具有基于较小尺寸天线获得高的目标参数估计性能的潜力，现有研究大多针对天线或信号分别进行优化来达到提升雷达性能的目的，而且没有考虑目标对雷达实施干扰时的参数估计问题。项目针对机载二维MIMO雷达，通过剖析影响参数估计性能的关键因素，立足现有干扰手段，基于平均信息量，建立干扰条件下参数估计性能描述模型，并引入雷达天线与信号等因子，构建参数估计性能优化准则，通过天线和信号波形的联合优化，克服天线过于稀疏会导致栅瓣的缺点，避免传统优化准则的不足，保证天线满足信号发射需求，并消除信号对应用场景的限制，提升参数估计性能。本项目开展及其预期研究成果将为新技术在新领域的应用提供理论基础和技术支撑，对保障我国防空反导和空中作战能力有重要意义。

摘要：MIMO雷达可发射并接收多个相互正交或有一定相关性的信号，天线阵列等效为发射阵列和接收阵列的卷积，能基于更小尺寸天线获得较高空间分辨率和参数估计性能，受到广泛关注。近年来针对MIMO雷达的研究没有考虑干扰条件下参数估计以及天线和信号的联合优化。针对以上问题，本项目主要工作如下：.1、以雷达发射波形峰均比和发射波形在重叠频带内的发射能量为约束条件，设计一种新的MIMO雷达发射波形和接收滤波器联合优化模型。充分利用阵元间不同发射功率，增大波形优化自由度，提高MIMO雷达与其他具有重叠频带的无线电设备间频谱兼容性。.2、提出了一种基于空频域二次优化的MIMO雷达波形设计方法。该方法解决了现有波形设计方法不能保证干扰方向上形成零陷问题，并根据改变不同时刻信号序列的初始相位雷达发射方向图不变的特性，利用拟功率方法优化相位变化矩阵，实现波形在频域上的二次优化，从而实现频域上的干扰抑制。.3、提出了一种基于非单调递增频率偏移的混合相控阵MIMO雷达目标位置参数估计方法。相比现有的对数递增频率偏移方法提供更好的距离方向解耦和度；通过与混合相控阵MIMO雷达相结合，利用混合相控阵MIMO雷达的发射增益和波形分集特性，进一步提高了目标距离和方向估计的性能。.4、研究了一种MIMO雷达信号循环优化算法。该算法基于快速傅里叶变换，运算速度快，能得到更低自相关旁瓣峰值和互相关峰值，提高了探测精度，降低了回波间干扰。.5、在研究阵列结构对STAP性能影响基础上研究了机载MIMO平台收发天线布阵方法。根据机载平台的尺寸和收发天线数目，设计合理天线布阵模型，获得最大自由度和虚拟孔径，提高了更好的抑制杂波和动目标检测的能力。.6、研究了一种以条件互信息量为准则的MIMO雷达波形优化方法。通过合理分配功率，提高了抗噪声干扰能力和目标检测性能。.7、针对杂波背景中认知MIMO雷达与目标间检测与隐身的Stackelberg博弈问题，提出了一种新的两步注水算法。该方法得到了杂波环境Stackelberg均衡中目标占优和雷达占优的优化方案。