基于信息几何的频控阵雷达探测机理与参数优化设计研究

Frequency Diverse Array (FDA) radar provides range-dependent steering vector, which offers new opportunities to develop novel joint range, azimuth and Doppler estimation of targets, but the traditional target detection methods based European geometry cannot fully exploit the potential advantages of FDA in target localization. With the object of high-precision target localization applications, this proposal utilizes the information geometry framework to investigate the mechanism of FDA in high-precision target localization, and focus the following issues: 1) Analyze the resolution of FDA and its relationships with various array parameters under the information geometry framework, so as to get the performance bounds. 2) Propose new methods for joint range, azimuth and Doppler estimation of FDA targets based on information geometry. 3) Propose optimal waveform and parameter design by maximizing the probability density function of the KL divergence between two point-target observations for the FDA radar, so as to further improve the FDA radar detection and localization performance. This proposal aims to make some breakthroughs based on information geometry theory framework for FDA radar target detection and localization applications, so as to formulate new target detection and localization system theory based on information geometry framework, and provide new theoretical methods and technical basis for future engineering prototype implementations.

频控阵（Frequency Diverse Array, FDA）的距离依赖性阵列导向矢量为研究新的目标距离、方位和多普勒联合估计方法带来了新的机遇，但传统基于欧式几何的目标探测并不能充分地挖掘频控阵雷达的探测应用潜力。本项目围绕频控阵雷达高精度目标定位应用背景，利用信息几何框架，洞悉频控阵雷达目标探测的理论机理，重点研究以下创新问题：1）分析信息几何框架下的频控阵分辨力及其与各参数的关联问题，透析其性能理论界限。2）提出基于信息几何的频控阵雷达目标参数估计新方法。3）提出一种最大化两个雷达点目标观测的概率密度函数之间的KL散度的FDA雷达波形参数自适应优化设计算法，以提高FDA雷达的目标探测性能。突破基于信息理论框架的频控阵目标探测关键技术，构建基于信息几何的频控阵雷达目标探测新理论方法，为进一步提升频控阵雷达的目标探测能力提供新的理论手段，并为其工程化原理样机研制奠定技术基础。

频控阵（Frequency Diverse Array, FDA）的距离依赖性阵列导向矢量为研究新的目标距离、方位和多普勒联合估计方法带来了新的机遇，但传统基于欧式几何的目标探测并不能充分地挖掘频控阵雷达的探测应用潜力。本项目围绕频控阵雷达高精度目标定位应用背景，利用信息几何框架，洞悉频控阵雷达目标探测的理论机理，重点研究以下创新问题：1）分析信息几何框架下的频控阵分辨力及其与各参数的关联问题，透析其性能理论界限。2）提出基于信息几何的频控阵雷达目标参数估计新方法。3）提出一种最大化两个雷达点目标观测的概率密度函数之间的KL散度的FDA雷达参数优化设计，以提高FDA雷达的目标探测性能。经过研究，本项目在理论上突破基于信息几何的频控阵探测机理，包括了KL散度分辨力模型和FDA几何流形曲面的参数估计特性；分析了频控阵流形曲面的几何性质，提出了一种分析该曲面的数学框架；推导了微分几何框架下方位角和距离联合估计的克拉美罗界，提出了一种基于流形几何特性的FDA超分辨设计方法以及基于似然比几何解释的 FDA-MIMO 雷达信号检测方法；建立了基于信息几何的频控阵雷达探测机理与参数优化的理论和方法，为进一步提升频控阵雷达的目标探测能力提供新的理论手段，并为其工程化原理样机研制奠定技术基础。