[發明專利]一種提高MIMO-STAP檢測性能的波形優化方法

無效

• 申請號: 201410039743.X
• 申請日: 2014-01-28
• 公開（公告）號: CN104020459A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 王洪雁;裴炳南;劉艷;白云峰;裴騰達
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: G01S7/42
• 分類號: G01S7/42
• 代理公司: 大連八方知識產權代理有限公司 21226
• 代理人: 任洪成

1.一種提高MIMO-STAP檢測性能的波形優化方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）建立MIMO-STAP模型

1a)?MIMO-STAP接收信號描述

MIMO雷達的發射陣列和接收陣列均為均勻線陣，且平行放置，陣元數分別為?和，陣元間距分別為和，雷達平臺沿平行于發射、接收陣列的方向勻速直線飛行，飛行高度和速度分別為和，目標沿與發射、接收陣列法線夾角為的直線勻速運動，速度為，且與雷達平臺處于同一平面，在一個相干處理間隔（CPI）內，各發射陣元同時輻射由個脈沖組成的脈沖串波形，且脈沖重復間隔（PRI）為，將距離環離散化為?個小單元，則第?個PRI內的接收數據可表示為：

式中，和分別表示目標以及位于的雜波發射導向矢量；和分別表示目標以及位于的雜波的接收導向矢量；，，，，以及?；表示每個PRI內發射波形矩陣；為第個發射陣元在每個PRI內發射的復基帶信號的離散形式，為波形采樣數；和分別為所考慮的距離環內目標的復幅度以及位于的雜波反射系數；為波形中心波長；，?表示第個接收陣元在第個PRI內接收的干擾以及噪聲，可假設的每一列獨立同分布，且服從于均值為0，方差為的循環對稱復高斯分布；

1b)感興趣距離環內空時快拍表述

為得到用于目標檢測的統計量，利用作為匹配濾波器，則相應矢量化的匹配輸出可表示如下：

式中，；即為波形協方差矩陣（WCM），

由上式可得距離環內總的空時快拍為：

式中，和分別為目標以及位于的雜波的多普勒導向矢量；表示元素全部為1的維矢量；且；

（2）輸出SINR表述

2a）最優MIMO-STAP處理器條件下輸出SINR表述

對于最優的MIMO-STAP處理器，輸出SINR可表示為：

式中，

2b）雜波高斯分布，且與干擾不相關條件下輸出SINR表述簡化

在雜波與干擾加噪聲項不相關以及獨立同分布，且服從均值為0，方差為的高斯分布條件下，輸出SINR可簡化為如下表達式：

式中，；；；?；；；且；

（3）波形優化問題表述

高斯噪聲環境下，可以證明最大化檢測概率等價于最大化輸出信雜噪比，由此，基于以上分析可得，在發射總功率約束下，最大化檢測概率的波形優化問題可表述為

式中，代表發射總功率；

（4）基于DL方法的波形優化問題求解

4a）基于DL方法的正定化

由于，，無法確定的性質，因此，可以看出，上述優化問題中目標函數，即SINR，為關于優化變量比較復雜的非線性函數，從而，對于此優化問題，不能夠利用凸優化方法來解，而如果利用其他數值方法，比如梯度法，就可能產生收斂的問題，針對此問題，對利用通常應用于穩健波束形成的對角加載方法，可得

式中即所謂的加載因子（loading?factor），表示矩陣的最大特征值；

4b）基于正定化簡化輸出SINR

將代入輸出SINR表達式，并利用矩陣求逆定理，可得

4c）基于凸優化求解波形優化問題

基于上述討論，波形優化問題可等價表示為如下SDP問題：

式中，為輔助優化變量，從而，此波形優化問題可利用諸多成熟優化工具箱獲得高效求解。