[发明专利]改善MIMO-STAP检测性能的发射波形及接收权联合优化方法

说明书

本发明针对复杂环境下基于多输入多输出（MIMO）雷达空时自适应处理（STAP）检测性能较差的问题，提出一种发射波形及接收权联合优化方法以改善MIMO‑STAP检测性能。在建立MIMO‑STAP模型基础上，基于最大化输出信干噪比（SINR）准则，本发明在发射波形恒模特性、抑制杂波以及降低旁瓣等约束下构建发射波形及接收权联合优化问题以最大化输出SINR进而改善MIMO‑STAP检测性能。为求解所得复杂非线性问题，本发明提出一种迭代算法以迭代求解发射波形以及接收权值。所提算法中每一步都可转化为半定规划问题（SDP），因而可获得高效求解。数值仿真表明，与仅考虑杂波抑制、旁瓣抑制算法及不相关波形相比，所提算法可显著改善MIMO‑STAP的检测性能。

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种在复杂环境下改善MIMO-STAP检测性能的发射波形及接收权联合优化方法。

背景技术

近年来，随着多输入多输出(multi-input multiple-output,MIMO)通信的蓬勃发展，以及雷达为突破自身限制对新理论、新技术的需求，MIMO雷达概念应运而生。与只能发射相干波形的相控阵雷达相比，MIMO雷达可利用多个发射单元发射几乎任意波形。按照天线距离的不同，MIMO雷达可分为分布式MIMO雷达和集中式MIMO雷达。分布式MIMO雷达相邻阵元间有较大间距，可从不同角度对目标进行检测，从而可利用空间分集提高目标检测性能。而集中式MIMO雷达相邻接收阵元之间间距较近，只能从某个相同角度对目标进行观测，因而可获得更多系统自由度，进而使MIMO雷达具有更高的角度分辨力、参数辨识能力、参数估计精度，以及更好的杂波干扰抑制性能。

MIMO雷达研究领域中，波形优化一直是非常活跃的方向之一。MIMO雷达波形优化问题通常可归纳为如下两种类型：只考虑发射端波形优化，以及联合优化发射波形及接收权。B.Friedlander首先通过设计发射波形以最大化输出信干噪比(signal-to-interference-plus-noise-ratio,SINR)进而改善MIMO雷达检测性能。然而，其基于梯度算法求解所得优化问题，不能保证SINR在每次迭代中不减，进而不能确保收敛。针对此问题，C.Y.Chen提出一种接收权及发射波形联合优化的迭代算法，所提算法可保证迭代中每一步不减，进而可确保迭代收敛。

为了提高MIMO雷达检测性能，众多基于空时自适应处理(space-time adaptiveprocessing,STAP)技术的MIMO雷达检测算法相继被提出。STAP技术具有同时抑制杂波和干扰的特性，既可实现与复杂外界环境的有效匹配，又可在一定程度上补偿系统误差造成的影响，因而可显著改善雷达系统性能。基于此，G.Wang等深入研究了MIMO-STAP杂波秩与发射波形的关系，并给出确定杂波秩的准则。此外，H.Wang等通过设计发射波形以改善MIMO-STAP检测性能。然而，上述研究者仅考虑通过优化发射端以改善MIMO-STAP检测性能。

发明内容

本发明提出一种发射波形及接收权联合优化方法，以解决在复杂环境下基于多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)检测性能较差的问题。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为提供一种改善MIMO-STAP检测性能的发射波形及接收权联合优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

第一步：建立MIMO-STAP检测模型

收发阵列均是均匀线阵，接收阵元和发射阵元个数分别为N和M，收发间距分别为d_R和d_T，且均平行分布；雷达平台沿收发阵列方向匀速直线飞行，且脉冲间隔为T；

基于上述场景分别对目标、杂波及噪声进行建模：

目标信号模型：