[发明专利]一种应用于集中式MIMO雷达的自适应空时发射加权产生器

说明书

本发明公开了一种应用于集中式MIMO雷达的自适应空时发射加权产生器，是将自适应空时发射加权产生器安装在空时自适应处理雷达的波形产生器和发射组件之间。自适应空时发射加权产生器产生的空时发射权值作用到空时自适应处理雷达的自适应加权产生器上。所述自适应空时发射加权产生器是以空时发射权值和空时接收权值作为决策变量、以输出噪声功率作为目标函数、以输出信号功率恒定作为约束条件一、以输入信号功率恒定作为约束条件二，将在约束条件下最小化目标函数建模为约束最优化问题。本发明提出的空时收发权值联合方法将空时发射权值纳入为优化问题的决策变量，可以根据动态环境调整空时发射权值，使集中式MIMO雷达处于更高性能的工作状态，提升杂波抑制性能，普适性强，具备线上实时更新空时权值的能力。

技术领域

本发明涉及雷达信号的处理技术领域，更特别地说，是指一种应用于集中式MIMO雷达的自适应空时发射加权产生器。在所述自适应空时发射加权产生器中进行了集中式MIMO雷达的空时发射权值的自适应产生。

背景技术

2009年汤俊等人发表的论文《MIMO雷达检测性能和系统配置研究》指出多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)雷达是一种新概念雷达，其基本思想是：在系统中采用多个雷达发射机和多个接收机，各发射机发射不同的波形，各接收机同时接收多种波形，然后对接收信号进行融合处理，从而提高系统的检测和参数估计性能。根据天线结构的不同，MIMO雷达可以分为两类：集中式MIMO雷达和分布式MIMO雷达，本发明针对集中式MIMO雷达。

相比较于传统相控阵雷达，集中式MIMO雷达优越的系统性能得益于各发射机可以发射不同的波形。为了提高集中式MIMO雷达在不同工作环境下目标的检测性能，本领域学者针对发射波形设计开展了深入的研究工作，已有文献可以分为两大类：正交波形设计和基于波束形成的发射波形设计。基于波束形成设计的波形在一定程度上提高了系统的检测性能，但各发射机发射波形是部分相参的，未充分利用集中式MIMO雷达的发射维空间自由度。常规正交波形设计方法仅仅考虑不同发射信号之间的正交性，而发射信号空时权值恒定，不能最优地适应雷达所面临的动态环境。通过设计合理外型、应用吸波材料等方法可以极大地降低战略战术目标的雷达散射截面积(Radar Cross Section，RCS)(后文统称弱目标)，如隐身飞机，雷达动目标检测将面临相对较强的背景杂波环境，尤其针对系统自由度小的雷达系统，上述两类算法性能将受到限制。2012年张鑫等人发表的文章《基于联合收发权值优化的认知雷达MIMO-STAP》初步探索了空时收发权值的优化设计方法，但未考虑发射权值对接收信号的影响，限制了实际应用场合。

至今，国内外尚未有提出普适地应用于集中式MIMO雷达的空时收发权值联合设计方法。

发明内容

本发明的一种应用于集中式MIMO雷达的自适应空时发射加权产生器，利用最优化理论和方法解决空时发射权值和空时接收权值最优联合设计问题，以空时发射权值和空时接收权值作为决策变量、以输出噪声功率作为目标函数、以输出信号功率恒定作为约束条件一、以输入信号功率恒定作为约束条件二，将在约束条件下最小化目标函数建模为约束最优化问题。在输入信号功率保持恒定和输出信号功率保持恒定约束下，最小化输出噪声功率表示雷达杂波抑制性能最强。将空时发射权值和空时接收权值同时作为决策变量限制在约束条件一，充分考虑了空时发射权值对接收信号的影响。考虑是否接收到雷达实际探测观测场景的信息，将上述最优化问题分解为两个子最优化问题：在已知空时发射权值时求解最优空时接收权值，在已知空时接收权值时求解最优空时发射权值。利用拉格朗日乘子法分别求得两个子最优化问题的最优解，即最优空时接收权值和最优空时发射权值。本发明应用自适应产生空时发射或接收权值，采用实时调整空时发射权值和空时接收权值，不断地自适应目标和动态环境(包括杂波和噪声)，从而提高抑制杂波性能。经过本发明设计的空时发射权值和空时接收权值加权后的集中式MIMO雷达，可有效抑制强杂波，提高输出信噪比。