【摘要】：波形設(shè)計(jì)作為雷達(dá)領(lǐng)域的一個(gè)重要課題,一直受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。特別地,波形設(shè)計(jì)在多輸入多輸出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷達(dá)里扮演了極其重要的角色。一般來講,MIMO雷達(dá)波形設(shè)計(jì)主要可分為發(fā)射方向圖匹配設(shè)計(jì)、正交波形設(shè)計(jì)、發(fā)射波形和接收信號(hào)處理聯(lián)合設(shè)計(jì)以及與通信系統(tǒng)頻譜相兼容的波形設(shè)計(jì)等問題。圍繞著MIMO雷達(dá)波形設(shè)計(jì),本論文借助一些優(yōu)化理論對該問題進(jìn)行研究。本文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新總結(jié)如下:(1)針對恒模約束下的MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖匹配設(shè)計(jì)問題,本文提出了兩種直接的發(fā)射方向圖設(shè)計(jì)的新方法,即非線性交替方向乘子法(Nonlinear Alternating Direction Method of Multipliers,Nonlinear-ADMM)和雙重ADMM(Double-ADMM)算法,提高了發(fā)射方向圖的匹配性能,降低了計(jì)算復(fù)雜度。(2)針對恒模約束下的MIMO雷達(dá)低相關(guān)旁瓣的波形設(shè)計(jì)問題,本文提出了兩種直接的算法來求解以最小化加權(quán)積分旁瓣電平(Weighted Integrated Sidelobe Level,WISL)為準(zhǔn)則的非凸問題,即塊坐標(biāo)下降(Block Coordinate Descent,BCD)算法和Nonlinear-ADMM算法,降低了設(shè)計(jì)波形的自/互相關(guān)旁瓣電平,提高了算法的收斂速度。(3)針對信號(hào)依賴型干擾環(huán)境下的MIMO雷達(dá)發(fā)射波形和接收權(quán)聯(lián)合設(shè)計(jì)問題,本文提出了一種原始-對偶算法來求解以最大化輸出信干噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)為準(zhǔn)則且同時(shí)包含了峰值平均功率比(Peakto-Average-Power Ratio,PAPR)和相似性約束的非凸優(yōu)化問題,即多乘子的塊連續(xù)上界極小化(Block Successive Upper Bound Minimization Method of Multipliers,BSUM-M)算法,提升了輸出SINR,降低了計(jì)算復(fù)雜度。(4)針對多目標(biāo)和信號(hào)依賴型干擾背景下的MIMO雷達(dá)頻譜兼容波形設(shè)計(jì)問題,本文提出了一種迭代算法來聯(lián)合優(yōu)化發(fā)射波形和接收濾波器,即最小方差無失真響應(yīng)-對偶上升法(Minimum Variance Distortionless Response Dual Ascent Method,MVDR-DAM)算法,且分析了MVDR-DAM算法的收斂性和復(fù)雜度,快速地實(shí)現(xiàn)了SINR約束和相似性約束下的頻譜兼容波形設(shè)計(jì)。(5)針對通信感知的MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖設(shè)計(jì)問題,本文提出了兩種近似的原始-對偶框架來求解以最小化加權(quán)求和的方向圖積分旁瓣/主瓣比和空頻帶內(nèi)波形的能量為優(yōu)化準(zhǔn)則的非凸問題,即線性近似的ADMM(Linearized Approximation ADMM,LA-ADMM)算法和二次近似的ADMM(Quadratic Approximation ADMM,QA-ADMM)算法,且分析了它們的收斂性和復(fù)雜度,靈活地實(shí)現(xiàn)了與通信系統(tǒng)頻譜兼容的發(fā)射方向圖設(shè)計(jì)。
【圖文】：

圖 1-1 MIMO 無線通信系統(tǒng)原理圖MIMO 雷達(dá)的分類 集中式 MIMO 雷達(dá)MIMO 雷達(dá)系統(tǒng)根據(jù)收/發(fā)天線在空間的分布情況，可將 MIMO 雷達(dá)系大類，第一類是共置 MIMO 雷達(dá)，也稱集中式 MIMO 雷達(dá)[12,13]，，這收/發(fā)天線緊湊排列，通常滿足傳統(tǒng)半波長陣元間距，其雷達(dá)結(jié)構(gòu)示1-2所示。與傳統(tǒng) PA 雷達(dá)不同，這里每個(gè)陣元天線發(fā)射不同的波形。為第 個(gè)陣元發(fā)射的波形。不失一般性，以第 個(gè)發(fā)考，第 個(gè)陣元發(fā)射的信號(hào)達(dá)到位于 方向處的目標(biāo)，并由該目標(biāo)反， 是目標(biāo)復(fù)反射系數(shù)， 是第 個(gè)陣元相對于第一個(gè)陣元的延時(shí)，

這類雷達(dá)的收/發(fā)天線緊湊排列，通常滿足傳統(tǒng)半波長陣元間距，其雷達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2所示。與傳統(tǒng) PA 雷達(dá)不同，這里每個(gè)陣元天線發(fā)射不同的波形。假設(shè)為第 個(gè)陣元發(fā)射的波形。不失一般性，以第 個(gè)發(fā)射陣元為參考，第 個(gè)陣元發(fā)射的信號(hào)達(dá)到位于 方向處的目標(biāo)，并由該目標(biāo)反射的信號(hào)為(1-1)式中， 是目標(biāo)復(fù)反射系數(shù)， 是第 個(gè)陣元相對于第一個(gè)陣元的延時(shí)，以均勻線陣為例
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN958

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