[发明专利]提高基于MIMO-OFDM雷达STAP最差检测性能的稳健波形设计方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，涉及一种提高基于MIMO-OFDM雷达STAP最差检测性能 的稳健波形设计方法。可改善MIMO-OFDM雷达系统性能的波形设计对初始参数估计误差较 为敏感的问题，可显著提高最差初始参数估计下的系统稳健检测性能。

背景技术

随着MIMO通信蓬勃的发展，以及雷达为突破自身限制对新理论以及新技术的需 求，MIMO雷达概念应运而生。与只能发送相干波形的相控阵雷达相比，MIMO雷达可以利用多 个发射单元发射几乎任意波形。基于阵列天线间距，MIMO雷达系统可分为以下两类：(1)分 置雷达，(2)共置雷达。前者采用分置较远的收发单元发射所需信号，同时从不同角度观察 目标，从而可利用空间分集以克服由于目标闪烁造成的性能下降。相反，后者使用距离很近 的发射单元以增加接收阵列的虚拟孔径，从而使得其性能优于相控阵雷达。

正交频分复用(Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing,OFDM)信号作为 一种宽带低截获雷达波形受到越来越多的关注。OFDM雷达利用多个正交的子载波并行进行 探测，从而能够有效对抗多径传播引起的频率选择性衰落，提高系统的抗干扰特性。将OFDM 与MIMO技术结合起来，可以充分发挥MIMO和OFDM的优势，从而能够显著提高对目标的检测 性能。

空时自适应处理(STAP)是从上个世纪九十年代初发展起来的，用于对机载雷达 (airborneradar)数据进行处理的技术。STAP技术在军事和民用中都有着广泛的应用，比 如，地质监测，预警，地面动目标检测(GMTI)，动目标检测(MTI)，区域侦查等。对于传统的相 控阵雷达，STAP基础理论研究已相当成熟。许多用于改善STAP复杂性以及收敛性的算法业 已被提出。这些算法稍微经过修改就可以应用于MIMO雷达。

MIMO雷达发射波形设计通常基于目标和环境的先验知识进行，而此先验知识通过 估计得到，因而不可避免的存在估计误差。此时，波形设计难以实现最优匹配，造成系统检 测性能下降。对角加载采样矩阵求逆算法(loadedsamplematrixinversion,LSMI)是常 见的自适应稳健方法之一，该方法通过对采样协方差矩阵进行对角加载，可提高自适应算 法的收敛速度和稳健性，但其加载量由经验参数给出，没有解析解。J.Li等基于CRB准则研 究了改善参数估计性能的波形设计问题。但是该波形设计问题的求解需要某些参数的确切 值，比如目标位置，反射系数等。因此，优化波形的确定将依赖于这些值。工程应用中，这些 参数值由于通过估计得到，因而存在不确定性。由于参数估计的最终精度对这些不确定性 比较敏感，所以基于某个参数估计值得到的优化波形可能导致较差的参数估计精度。

发明内容

针对复杂环境下地面慢速目标的空时联合处理问题，本发明将参数的不确定性融 入优化模型，研究了改善MIMO-OFDM雷达参数估计性能的稳健波形优化问题。本发明在恒模 约束下，构建稳健波形优化模型，基于对角加载(DL)技术，将此非线性优化问题转化为可以 获得高效求解的半定规划问题，用比较成熟的优化工具进行求解，仿真验证了能够有效改 善输出SINR，进而最大化系统检测性能。实现本发明的基本思路是，首先建立MIMO-OFDM- STAP系统模型，对目标函数进行推导，然后建立稳健波形优化模型，最后完成稳健波形优化 问题的求解。

本发明的技术方案是：提高基于MIMO-OFDM雷达STAP最差检测性能的稳健波形设 计的方法，包括如下步骤：

一、建立MIMO-OFDM-STAP系统模型

(1)MIMO-OFDM-STAP接收信号描述

考虑如说明书附图之图1所示MIMO-OFDM-STAP场景。此场景中，第l个脉冲重复间 隔PRI内的接收数据可表示为：