[發(fā)明專利]一種提高M(jìn)IMO-STAP檢測(cè)性能的波形優(yōu)化方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410039743.X
• 申請(qǐng)日: 2014-01-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104020459A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王洪雁;裴炳南;劉艷;白云峰;裴騰達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/42
• 分類號(hào): G01S7/42
• 代理公司: 大連八方知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21226
• 代理人: 任洪成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號(hào)處理領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及一種提高M(jìn)IMO-STAP檢測(cè)性能的波形優(yōu)化方法。與之前通過(guò)考慮接收端加權(quán)以改善系統(tǒng)檢測(cè)性能的傳統(tǒng)空時(shí)自適應(yīng)處理（STAP）方法不同，本發(fā)明所提方法考慮發(fā)射端，通過(guò)優(yōu)化波形最大化輸出信干噪比（SINR），從而提高系統(tǒng)檢測(cè)性能。由于輸出SINR是關(guān)于發(fā)射波形非常復(fù)雜的非線性函數(shù)，非常難以求解。由此，本發(fā)明提出一種新的基于對(duì)角加載（DL）的方法可將此非線性優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為半正定規(guī)劃（SDP）問(wèn)題，從而可利用成熟的優(yōu)化工具箱得到高效求解。?

背景技術(shù)

目標(biāo)檢測(cè)是雷達(dá)系統(tǒng)的一項(xiàng)基本任務(wù)。為改善系統(tǒng)檢測(cè)性能，在相控陣系統(tǒng)中，研究人員基本上把注意力放在接收端，即研究如何利用加權(quán)的方法提高系統(tǒng)檢測(cè)性能，而對(duì)發(fā)射端基本不做過(guò)多考慮。隨著MIMO雷達(dá)成為越來(lái)越多研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)，一些學(xué)者開(kāi)始研究基于MIMO雷達(dá)的目標(biāo)檢測(cè)。經(jīng)過(guò)最近幾年的研究，MIMO雷達(dá)相對(duì)于相控陣?yán)走_(dá)在目標(biāo)檢測(cè)上的優(yōu)勢(shì)逐漸為人們所認(rèn)識(shí)，這種優(yōu)勢(shì)來(lái)自于波形分集在統(tǒng)計(jì)MIMO雷達(dá)系統(tǒng)中的性能類似于MIMO通信中衰落信道上的多徑分集，從而能夠顯著提高系統(tǒng)的檢測(cè)性能。然而，與傳統(tǒng)的相控陣?yán)走_(dá)相似，近年來(lái)，多數(shù)研究人員主要通過(guò)對(duì)MIMO雷達(dá)接收端的處理來(lái)提高系統(tǒng)檢測(cè)性能，而對(duì)于發(fā)射端，則只簡(jiǎn)單要求發(fā)射不相關(guān)波形（或者正交波形）。通過(guò)發(fā)射端或者發(fā)射端與接收端聯(lián)合處理以改善檢測(cè)性能的研究則甚少見(jiàn)諸于文獻(xiàn)。B.?Friedlander首先研究了發(fā)射波形對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)性能的影響，并以輸出信干噪比（SINR）為目標(biāo)函數(shù)，利用基于梯度的方法以及其他幾類次優(yōu)方法優(yōu)化波形以最大化輸出SINR，從而改善系統(tǒng)檢測(cè)性能。需要指出的是，此文獻(xiàn)中基于梯度的方法需要考慮步長(zhǎng)選擇，并且不能保證迭代的每一步中SINR非遞減，因而所提方法不能保證收斂。針對(duì)此問(wèn)題，C.?Y.?Chen等提出一種新的迭代方法對(duì)發(fā)射波形以及接收濾波器進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。此方法能夠保證收斂，并且能夠確保在迭代的每一步，目標(biāo)函數(shù)值非遞減。?

空時(shí)自適應(yīng)處理（STAP）是從上個(gè)世紀(jì)九十年代初發(fā)展起來(lái)的，用于對(duì)機(jī)載雷達(dá)（airborne?radar）數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的技術(shù)。STAP技術(shù)在軍事和民用中都有著廣泛的應(yīng)用，比如，地質(zhì)監(jiān)測(cè)，預(yù)警，地面動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（GMTI），動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（MTI），區(qū)域偵查等。對(duì)于傳統(tǒng)的相控陣?yán)走_(dá)，STAP基礎(chǔ)理論研究已相當(dāng)成熟。許多用于改善STAP復(fù)雜性以及收斂性的算法業(yè)已被提出。這些算法稍微經(jīng)過(guò)修改就可以應(yīng)用于MIMO雷達(dá)。D.?W.?Bliss以及K.?W.?Forsythe提出了MIMO-STAP的概念。由于MIMO-STAP是最近幾年才提出的新概念，相關(guān)的文獻(xiàn)還比較少。C.?Y.?Chen等人提出一種新的估計(jì)雜波子空間的方法，此方法利用了問(wèn)題的幾何特點(diǎn)以及干擾協(xié)方差矩陣特殊的塊對(duì)角結(jié)構(gòu)，從而與全域自適應(yīng)方法相比可以顯著降低計(jì)算復(fù)雜度。在一般發(fā)射波形的場(chǎng)景下，Wang?G.等深入研究了MIMO-STAP的雜波秩與發(fā)射波形的關(guān)系，并給出確定雜波秩的準(zhǔn)則。?

雖然B.?Friedlander以及C.?Y.?Chen通過(guò)優(yōu)化發(fā)射波形提高M(jìn)IMO雷達(dá)的檢測(cè)性能，然而并沒(méi)有將此思想應(yīng)用于MIMO-STAP中。而Wang?G.雖然對(duì)MIMO-STAP進(jìn)行了較為深入的研究，然而也僅限于接收端的數(shù)據(jù)處理。針對(duì)此問(wèn)題，本發(fā)明考慮通過(guò)波形優(yōu)化提高M(jìn)IMO-STAP檢測(cè)性能。?

發(fā)明內(nèi)容

?針對(duì)以上所述問(wèn)題，本發(fā)明考慮通過(guò)波形優(yōu)化提高M(jìn)IMO-STAP檢測(cè)性能。由于在高斯噪聲環(huán)境下，可以證明最大化檢測(cè)概率等價(jià)于最大化輸出SINR。因此，在本發(fā)明中，我們以輸出SINR為代價(jià)函數(shù)，通過(guò)優(yōu)化波形最大化輸出SINR，從而提高系統(tǒng)檢測(cè)性能。然而，由于輸出SINR是關(guān)于波形的高度非線性函數(shù)，因而此優(yōu)化問(wèn)題比較難以求解。針對(duì)此問(wèn)題，本發(fā)明提出一種新的基于對(duì)角加載（DL）的方法可將此非線性優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為半正定規(guī)劃（SDP）問(wèn)題，從而可以得到非常有效的求解。具體步驟包含如下：?

（1）建立MIMO-STAP模型

1a)?MIMO-STAP接收信號(hào)描述