干扰环境下的认知雷达最优波形设计

论文摘要

认知雷达作为未来雷达的发展方向,在雷达学界已经引起了广泛的关注。认知雷达系统主要包括三项关键技术:环境感知、知识库构建和波形最优化。波形最优化设计是认知雷达的关键技术之一。通过发射端的波形自适应设计,能够有效抑制环境干扰对雷达性能的影响。因此,本文针对雷达所处的干扰环境,研究了针对检测和分辨的认知雷达波形最优化设计问题,主要进行了以下工作:首先分析了雷达所处的干扰环境,研究了杂波和不同类型有源压制干扰的数学模型,并分析了它们的特点和对雷达性能的影响;推导了噪声及杂波环境下发射波形和输出信干噪比的关系;仿真并分析了传统固定波形雷达在抗干扰方面的不足。随后分别针对有源干扰和杂波环境,研究了限定能量条件下基于SINR准则的最优检测波形设计问题。分析了最优波形的特点以及噪声、杂波、目标及发射能量对最优波形的影响;与固定波形抗干扰性能相比,最优化波形设计在检测方面存在潜在优势。最优波形设计需要获得干扰频谱,针对这一问题,探讨了干扰谱估计误差下的SINR损失问题,结果表明:设计的最优波形对于估计误差具有一定的鲁棒性。现有雷达通常不能实现不同波形形式之间的快速跳变,针对这一问题,研究了限制广义调频信号形式下的最优参数设计方法,推导了最优参数与SINR的关系,通过寻优算法得到了最优参数,仿真验证了理论结果的合理性。针对目标分辨问题,基于最大Fisher信息距离表示的雷达分辨力,设计了简单高斯脉冲和高斯脉冲线性调频信号的最优波形参数,仿真结果证明最优波形在分辨力上优于固定波形。最后总结了全文,分析了文章的不足之处以及今后有待研究的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 认知雷达及其关键技术
• 1.2.2 干扰环境下检测波形最优化研究现状
• 1.2.3 干扰环境下目标识别波形最优化研究现状
• 1.3 论文结构安排
• 第二章 干扰环境下的雷达性能分析
• 2.1 引言
• 2.2 雷达干扰环境及其影响分析
• 2.2.1 杂波模型及影响分析
• 2.2.2 有源压制干扰模型及影响分析
• 2.3 发射波形与输出信噪比的关系
• 2.3.1 噪声环境下发射波形与信噪比的关系
• 2.3.2 噪声加杂波环境下发射波形与信干噪比的关系
• 2.4 传统雷达波形抗干扰缺陷分析
• 2.4.1 固定波形抗干扰性能分析
• 2.4.2 传统雷达波形设计的缺陷
• 2.5 本章小结
• 第三章 干扰环境下的最优检测波形设计
• 3.1 引言
• 3.2 基于SINR准则的任意最优波形设计方法
• 3.3 仿真与最优波形特性分析
• 3.3.1 噪声环境下的最优波形
• 3.3.2 噪声和干扰环境下的最优波形
• 3.3.3 最优波形的信干噪比提升
• 3.3.4 最优波形特性分析
• 3.4 干扰谱估计误差时的信干噪比损失研究
• 3.4.1 干扰谱估计的误差
• 3.4.2 仿真结果与分析
• 3.5 广义调频信号最优参数设计
• 3.5.1 广义调频信号最优参数
• 3.5.2 仿真结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 噪声环境下的最优分辨波形设计
• 4.1 引言
• 4.2 基于Fisher信息距离表示的雷达分辨力
• 4.2.1 固有分辨力与信息分辨力
• 4.2.2 模糊函数分辨单元与信息分辨单元
• 4.2.3 分辨力限与误判概率
• 4.3 基于Fisher信息距离最大化的波形设计方法
• 4.4 仿真结果与分析
• 4.4.1 简单高斯脉冲信号
• 4.4.2 高斯脉冲线性调频信号
• 4.4.3 波形分辨力性能评估
• 4.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果