检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：陈秋实哈尔滨工业大学

学位级别：博士

高频雷达是一种具有超视距探测能力的雷达,工作在3-30MHz的短波段。然而该频段内存在的大量电磁干扰导致连续频带极为有限,限制了雷达发射信号的带宽扩展,进而影响雷达对目标的分辨能力。为了保证雷达在频谱不连续的情况下仍然能够充分... 详细信息

高频雷达是一种具有超视距探测能力的雷达,工作在3-30MHz的短波段。然而该频段内存在的大量电磁干扰导致连续频带极为有限,限制了雷达发射信号的带宽扩展,进而影响雷达对目标的分辨能力。为了保证雷达在频谱不连续的情况下仍然能够充分利用频率资源,合成带宽信号逐渐体现出特有的优势。步进频率信号作为一种典型的合成带宽信号,在合成孔径雷达以及多种成像雷达中已有多年研究基础,并且在理论和技术上获得了很多经验,但是在高频雷达领域的相关研究仍然较少。高频雷达与其它雷达系统存在差异,不能直接将已有的方法和结论移植到高频雷达上。因此,根据高频雷达的特点,基于现有的步进频率信号提出了改进的稀疏步进频率信号形式,并研究了相应的目标参数估计方法,使高频雷达可以更好地适应复杂环境,更加灵活准确地定位目标,在军事和民用领域均具有重要的应用价值和广阔的发展前景。本论文深入地分析了高频雷达的特殊工作背景和步进频率信号的原理,并在此基础上分别从稀疏谱的步进频率信号设计、目标的距离-速度估计和频控阵的距离-角度解耦方面系统地开展研究工作,针对多个关键问题提出了有效的解决方案。各部分的具体内容总结如下:在稀疏谱的步进频率信号设计方面,提出了能够适应高频雷达特殊频谱环境的稀疏步进频率信号。在总结了实际电磁频谱规律的基础上,对比高频雷达中常用的线性调频连续波、调频中断连续波和相位编码信号的时域波形和模糊函数性能。同时研究了步进频率脉冲信号的基本原理和性质,并推导了多参数的模型化参数估计误差下界,分析频谱不连续对估计性能的影响。依据频谱约束和信号特性设计了一种灵活性更高,抗干扰能力更强,适应性更好的稀疏步进频率信号。对波形参数进一步改进,提出了频率码字和感知矩阵联合优化的参数设计方法。参数设计方法中的感知矩阵作为压缩感知处理过程中的重要过程参量提供了相关函数最小准则,通过不断迭代更新,获得最优化的稀疏频率编码组合,进而构造出具有频谱感知和环境适应能力的优化波形。在目标的距离-速度估计方面,建立了基于压缩感知方法的估计模型,同时针对几个估计过程中的关键问题进行具体研究并提出相应的处理方法。在稀疏步进频率信号的目标距离-速度估计过程中,由于信号参数之间的相互制约关系,直接进行估计通常引起距离失配问题因而产生估计误差,为此提出了一种有效信息的提取方法。此方法避免了采样时丢失目标信息的情况发生,又可以通过对有效点的提取获得与真实目标位置相对应的准确信息,消除距离失配引起的估计误差。目标存在速度同样对距离估计产生影响,使距离谱发生偏移、展宽和走动,对距离估计造成较大的影响。因此对速度产生的影响也进行了具体的讨论,并提出一种多目标的速度补偿方法,有效消除速度产生的估计误差。压缩感知方法通常是建立在网格的基础上,当目标落在非网格上时将无法得到准确的估计,为此本文分别提出了基于矩阵填充的一维和二维稀疏目标估计方法,该方法可以突破网格的限制,进一步提高目标参数估计的准确度。在频控阵的距离-角度解耦方面,研究了步进频率信号与线性阵列相结合构成的频率控制阵列雷达,提出了解耦合的非均匀步进频率优选方法,利用该方法可得到波束的有效聚焦。频控阵是在传统相控阵基础上,将步进频率组中的每个单频信号分发到各个天线阵元上,阵元之间不仅存在相位偏移,还存在等间隔的频率偏移,因此波束指向既存在角度依赖性,又存在距离依赖性,并且由于阵列和频率的关系使距离和角度存在耦合。为解决这个问题,分别在连续谱和稀疏谱条件下提出了新的非均匀频率组合设计方案,尤其是与高频特殊环境相适应的稀疏步进频率优选分配,能够消除耦合对目标角度估计的影响,使产生的发射波束在指定位置上形成有效的聚焦。最后通过计算机仿真验证了本文提出的稀疏步进频率信号,以及波形优化和参数估计方法在高频雷达目标探测中的可行性和适用性。

关键词：步进频率信号高频雷达稀疏频谱目标参数估计频控阵

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二维搜索雷达引导光电跟踪仪的技术研究

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电光与控制 2009年第6期16卷 20-23页

作者：张贤椿郭治南京理工大学自动化学院南京210094

针对火控系统仅配备光电跟踪仪和目标搜索雷达的情况,从理论上证实了在目标匀速等高直线运动的前提下,由搜索雷达信息(斜距、距变率、方位角)计算目标高度的可行性,并给出了估计目标高低角的滤波算法,为搜索雷达提前引导光学系统捕捉目... 详细信息

针对火控系统仅配备光电跟踪仪和目标搜索雷达的情况,从理论上证实了在目标匀速等高直线运动的前提下,由搜索雷达信息(斜距、距变率、方位角)计算目标高度的可行性,并给出了估计目标高低角的滤波算法,为搜索雷达提前引导光学系统捕捉目标提供了一种可行的引导策略。

关键词：搜索雷达光电跟踪仪目标参数估计引导策略

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基于正交时频空调制的通信感知一体化技术研究

基于正交时频空调制的通信感知一体化技术研究

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作者：常全然河南大学

学位级别：硕士

通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)是6G的关键技术之一,将推动6G网络从信息传递到感知世界的全面演进。ISAC的核心设计理念是基于软硬件设备共享、时频空资源复用等手段,既赋予移动网络精细化测速、测距、成... 详细信息

通信感知一体化(Integrated Sensing and Communication,ISAC)是6G的关键技术之一,将推动6G网络从信息传递到感知世界的全面演进。ISAC的核心设计理念是基于软硬件设备共享、时频空资源复用等手段,既赋予移动网络精细化测速、测距、成像等多维感知能力,又有效支撑高效率信息交互,开启了多维感知、泛在互联的新时代。作为一种新型调制方案,正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)调制不仅能有效克服高速移动环境中的多普勒偏移,保持可靠的通信连接,还支持高动态环境下的高精度环境感知,被视为ISAC应用场景中极具潜力的波形选择。本文以基于OTFS的ISAC系统为研究对象,深入研究了运动目标场景下的OTFS-ISAC性能,主要内容如下: (1)构建了运动目标场景中的OTFS-ISAC系统架构,确定了一体化信号的帧结构和帧结构中的保护间隔类型。在对OTFS-ISAC系统的性能指标分析的基础上,揭示了系统参数对OTFS-ISAC感知性能和通信性能的影响。 (2)提出了面向单个运动目标(Single Moving Target,SMT)场景的OTFS-ISAC信号处理算法。首先建立了面向SMT场景的OTFS-ISAC系统模型,并推导了输入输出之间的关系表达式。针对感知问题,通过将预测的输出回波信号与真实回波信号进行最大似然估计,利用整数时延和整数多普勒参数实现对SMT的感知。针对通信问题,通过调整接收机的增益确保信号质量的最大化,实现在SMT场景的可靠通信。仿真结果表明,所提算法能够实现对SMT的正确感知,同时还能保持可靠的通信。 (3)提出了面向多个运动目标(Multiple Moving Targets,MMT)场景的OTFSISAC信号处理算法。首先建立了面向MMT场景的OTFS-ISAC系统模型。为提升感知精度,该算法在对MMT的整数时延和多普勒参数进行估计的基础上,用黄金分割法逐步迭代,得到分数时延和多普勒参数。针对MMT场景的通信问题,利用多个路径的信号来最大化信噪比,从而提高该场景下OTFS-ISAC的通信性能。仿真结果表明,所提算法在MMT场景下能准确感知多个目标并提升感知性能,同时通信性能也能得到兼顾。

关键词：通信感知一体化目标参数估计正交时频空时延多普勒信号检测

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频相混合阵列雷达协同目标探测与跟踪

频相混合阵列雷达协同目标探测与跟踪

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作者：刘小平电子科技大学

学位级别：硕士

与相控阵(Phased Array,PA)不同,频控阵(Frequency Diverse Array,FDA)通过阵元间添加频偏,使得发射波束拥有探测距离信息的能力。增添的距离维自由度令频控阵在目标距离参数探测、距离相关杂波抑制等方面有较好的应用潜力。本文在频控... 详细信息

与相控阵(Phased Array,PA)不同,频控阵(Frequency Diverse Array,FDA)通过阵元间添加频偏,使得发射波束拥有探测距离信息的能力。增添的距离维自由度令频控阵在目标距离参数探测、距离相关杂波抑制等方面有较好的应用潜力。本文在频控阵的基础上深入研究了频率分集这一概念,在不同的维度将相控阵与频控阵相结合,并对两部分数据进行协同处理,由此产生了空域频相混合阵列、时域频相混合阵列等不同阵列,分别在低复杂度超分辨目标参数估计、低小慢特征目标检测与低小慢目标自适应跟踪等方面提出算法。下列是本文研究内容和主要创新点:(1)空域频相混合阵列的低复杂度超分辨目标参数估计方法:通过对阵列进行频偏划分,将阵列分为相控阵与频控阵部分,借助相控阵部分角度估计值进行频控阵角度-距离解耦合,由此将二维谱估计降维为两步一维估计。此外,还基于线性最小均方误差准则推导了最优的角度加权值,协同处理两部分阵列的估计信息给出最优结果。并对频相混合阵列的克拉美罗界进行了推导,表明了频相混合阵列与最优角度估计的性能优势。(2)时域频相混合阵列低小慢目标检测:针对城市背景下如无人机、漂浮气球等具有低小慢特征的运动目标检测问题,通过对相控阵不同脉冲间添加频偏,形成时域频相混合阵列。本文基于此频相混合阵列提出了一种多普勒补偿的目标检测算法。基于阵列的距离-多普勒耦合特征,利用多普勒补偿将杂波移出目标单元,实现对杂波的抑制。该算法在复杂强杂波环境下可充分利用目标运动带来的多普勒频移,完成对目标的检测。(3)子阵频相混合阵列自适应动目标跟踪:针对低小慢特征目标检测难问题,本文对相控阵子阵间与脉冲间添加频偏,形成子阵分布的空时频相混合阵列。在此阵列基础上,基于扩展卡尔曼滤波提出了一种自适应发射参数优化目标跟踪算法,结合认知雷达思想,在跟踪过程中根据实时数据快照对发射波束权矢量进行更新,从而实现波束对目标的匹配照射,仿真结果表明,该方法的跟踪误差相比正交发射或加性加权发射更低,具有更高的精度。

关键词：频相混合阵列目标参数估计低小慢目标检测自适应目标跟踪

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基于OTFS通信感知一体化信号处理研究

基于OTFS通信感知一体化信号处理研究

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作者：王椿富西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着电子技术的不断发展,尤其是5G通信与毫米波雷达技术的发展,使得通信与感知在频谱、硬件基础与数字信号处理技术等方面实现一体化成为可能。通过实现通信功能与感知功能的融合,可以大幅度减小电子系统的体积、重量和能耗,显著提高系... 详细信息

随着电子技术的不断发展,尤其是5G通信与毫米波雷达技术的发展,使得通信与感知在频谱、硬件基础与数字信号处理技术等方面实现一体化成为可能。通过实现通信功能与感知功能的融合,可以大幅度减小电子系统的体积、重量和能耗,显著提高系统的整体性能。因此,实现通信感知一体化具有重要的研究意义和实用价值。6G无线通信技术需要满足多种不同的需求和应用场景,其中包含了相对速度高达300km/h的车对车、车对基础设施,以及高达500 km/h的高速动车的应用场景。除此之外,基于连续波的通信感知一体化波形由于其通信速率较高受到了学者的广泛关注,其大多采用收发分置的系统模式,但在该系统模式下,直达信号会对目标回波造成干扰,对系统感知性能造成影响。针对上述问题,本文采用了相较于4G OFDM信号具有通信多普勒稳健性的正交时频空调制(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)信号作为通信共用波形来实现通信感知一体化,提出了将接收回波分块处理实现多普勒稳健的感知接收端信号处理方法,根据OTFS通信感知一体化信号的回波特性,设计了感知接收端自干扰消除方法。主要研究内容概括如下: 1.面向高速场景下通信感知一体化应用需求,介绍了对通信性能多普勒稳健的OTFS技术原理,分析了OTFS信号的通信性能与信号特性,通过与4G OFDM和5G备选通信信号FBMC进行信号特性对比分析,表明OTFS相较于其它通信信号在高速通信感知一体化应用中具有很大的优势。 2.针对OTFS通信感知一体化应用需求,建立了OTFS通信感知一体化信号数学模型。研究了通信接收端的通信信息解调与感知接收端的目标参数估计方法。其中,针对OTFS通信感知一体化系统对高速目标感知时,感知性能受多普勒频率影响较大的问题,提出一种分块处理的多普勒稳健目标参数估计方法,将接收回波分为有效和无效两个部分,将无效部分视为与有效部分不相关的噪声,并通过对回波有效部分的预处理,有效降低多普勒频率对目标参数估计性能的影响,实现对感知目标的距离与速度二维参数估计。 3.针对OTFS通信感知一体化系统中的自干扰问题,提出了一种频域自干扰消除方法。通过分析OTFS通信感知一体化系统自干扰特性,对感知接收端所接收到的自干扰信号进行数学建模,并在频域对自干扰响应进行估计,实现了低速场景下感知接收端的自干扰消除;在此基础上,提出了高速场景下的自干扰消除方法。仿真结果表明所提自干扰消除方法可以有效降低自干扰信号对目标参数估计的影响。

关键词： OTFS信号通信感知一体化目标参数估计多普勒稳健自干扰消除

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基于大维随机矩阵理论的MIMO雷达DOD-DOA联合估计方法研究

基于大维随机矩阵理论的MIMO雷达DOD-DOA联合估计方法研究

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作者：卢一玮吉林大学

学位级别：硕士

作为近年来新出现的一种雷达，多输入多输出（Multiple Input MultipleOutput）雷达由于其在目标检测和参数估计方面的优势，获得了广泛关注。目标参数估计是MIMO雷达信号处理领域的主要内容，是获得目标精确定位和成像的关键环节。在... 详细信息

作为近年来新出现的一种雷达，多输入多输出（Multiple Input MultipleOutput）雷达由于其在目标检测和参数估计方面的优势，获得了广泛关注。目标参数估计是MIMO雷达信号处理领域的主要内容，是获得目标精确定位和成像的关键环节。在目标参数估计领域，针对双基地MIMO雷达发射角（DOD）与到达角（DOA）联合估计问题，目前已经提出许多方法。然而，这些DOD-DOA估计方法所依赖的前提条件是：发射阵元数和接收阵元数较小而总的快拍数足够大。当快拍数有限、与阵元数在同一数量级时，传统参数估计方法中用样本协方差矩阵代替统计协方差矩阵的信号处理手段不再适用。另外，由于MIMO雷达的观测噪声分布可能呈现非高斯特性，传统的高斯噪声假设下的信号处理方法不再成立。本文借鉴传统的MIMO雷达目标参数估计方法，找到与大维随机矩阵理论之间的联系，针对大阵列MIMO雷达系统DOD-DOA估计问题展开了深入的研究。本文的研究工作得到国家自然科学基金项目“基于大维随机矩阵理论的MIMO雷达稳健目标检测与估计”（项目编号：61371158）的资助。本文的创新性工作如下：针对快拍数有限的情况，本文建立了双基地MIMO雷达回波数据的高斯随机矩阵模型，提出了基于大维随机矩阵理论的DOD和DOA联合估计方法——2D-GMUSIC方法，该方法可以在快拍数和收发阵元数的乘积相比拟的条件下，进行较为精确的DOD-DOA估计。在此基础上，进一步提出2D-G-SSMUSIC改进方法，改善了参数估计性能。上述提出的方法只能在高斯噪声背景下进行目标参数估计。本文基于稳健估计理论和随机矩阵理论，进一步提出了Robust-2D-GMUSIC方法以及Robust-2D-G-SSMUSIC方法，这些方法可以在非高斯噪声背景下进行DOD和DOA联合估计。为避免二维谱峰搜索，在Robust-2D-GMUSIC方法基础上，进一步提出一种基于随机矩阵理论和多项式求根的双基地MIMO雷达DOD-DOA联合估计方法——Robust-2D-ROOT-GMUSIC。该方法可节省运行时间，且可自动配对。由于利用多项式求根技术，能对具有相近或相同DOA的目标实现精确估计。

关键词： MIMO雷达目标参数估计大维随机矩阵稳健估计 DOD DOA 阵列信号处理

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鱼雷自导系统的多媒体仿真技术研究

鱼雷自导系统的多媒体仿真技术研究

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作者：华锋西北工业大学

学位级别：硕士

多媒体仿真不仅能部分替代实验,从而大量地缩短研制费用和研制周期,而且还可以用于辅助教学、驾驶人员、军事指挥员的培训.该文从多媒体应用的角度出发,立足于目前的条件和现状,在目标参数估计和鱼雷导引方法的基础上,对鱼雷自导系统的... 详细信息

多媒体仿真不仅能部分替代实验,从而大量地缩短研制费用和研制周期,而且还可以用于辅助教学、驾驶人员、军事指挥员的培训.该文从多媒体应用的角度出发,立足于目前的条件和现状,在目标参数估计和鱼雷导引方法的基础上,对鱼雷自导系统的工作过程进行了初步的多媒体仿真,论文有重要特点和创新之处.

关键词：多媒体鱼雷自导系统建模计算机仿真目标参数估计弹道

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空时编码阵干扰抑制和参数估计方法研究

空时编码阵干扰抑制和参数估计方法研究

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作者：曾国强西安电子科技大学

学位级别：硕士

空时编码阵列(Space-Time Coding Array,简称STCA)是一种新型波形分集雷达体制,其通过在发射阵元间引入微小的时延量,形成时间-角度依赖的发射波形。相较于相控阵雷达,STCA具有全空域覆盖特性、更高的发射维自由度以及良好的抗截获性能... 详细信息

空时编码阵列(Space-Time Coding Array,简称STCA)是一种新型波形分集雷达体制,其通过在发射阵元间引入微小的时延量,形成时间-角度依赖的发射波形。相较于相控阵雷达,STCA具有全空域覆盖特性、更高的发射维自由度以及良好的抗截获性能。由于传统相控阵的可控自由度有限,在抗主瓣欺骗式干扰问题上存在一定的局限性,而STCA的发射波束具有时间-角度-距离的三维变化特性,这一特性使得STCA能够解决欺骗式干扰抑制难题。其次,MIMO雷达可以分离发射波形,将STCA雷达与MIMO技术结合可以提取空时编码阵的距离维自由度,有利于目标角度和距离的联合估计。因此,本文针对空时编码阵主瓣欺骗式干扰抑制和参数估计方法展开研究,主要工作内容如下: 1、详细分析了空时编码阵雷达的基本特性。首先分析了空时编码阵发射方向图,总结了发射方向图的距离维特性、角度维特性以及周期性;接下来分析了空时编码阵的模糊函数,对比分析了相控阵与空时编码阵的距离分辨率和角度分辨率;最后分析了空时编码阵空频特性,给出了空时编码阵发射信号角度和频率之间的对应关系,为空时编码阵抗干扰方法的研究提供了理论支撑。 2、针对空时编码阵主瓣欺骗式干扰抑制方法展开研究。首先建立了一种基于阵元脉冲编码的空时编码阵信号模型,并分析了雷达的发射方向图和空频特性。然后利用雷达不同发射脉冲具有不同的空频特性,设计了一种角度-频率的二维匹配滤波器,当真实目标与匹配滤波器匹配时,假目标由于在频率维失配而被抑制。仿真结果表明所提的滤波器有效抑制了距离假目标。 3、针对空时编码阵目标参数估计方法展开研究。首先建立了STCA-MIMO雷达信号模型,接下来在STCA-MIMO雷达体制下,研究了波束扫描算法和MUSIC算法,仿真实验表明这两种算法存在距离模糊问题。针对上述问题,首先提出了非线性时移目标参数估计方法,通过在STCA-MIMO雷达的各阵元间引入非线性增长的时移,使得雷达在发射维形成较窄的发射波束,从而解决了STCA-MIMO雷达目标参数估计存在的距离模糊问题,然后对比分析了对数时移、平方时移和sinc时移STCAMIMO雷达目标参数估计性能。最后提出了双时移目标参数估计方法,该方法通过发射两个具有不同时延的脉冲信号,并联合两个脉冲的回波信号进行空间谱谱峰搜索,扩展了STCA-MIMO雷达的最大无模糊距离。

关键词：空时编码阵列目标参数估计解距离模糊干扰抑制

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基于OTFS调制的车载毫米波雷达通信一体化技术研究

基于OTFS调制的车载毫米波雷达通信一体化技术研究

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作者：刘晨文东南大学

学位级别：硕士

近年来随着汽车数量的急剧增加,提升安全驾驶系数成为了各个国家和汽车制造商日益关注的焦点。得益于全球科学技术和芯片制造能力的提高,目前很多新型安全技术都能在实际中得以应用,其中智能交通系统(Intelligent Transportation System... 详细信息

近年来随着汽车数量的急剧增加,提升安全驾驶系数成为了各个国家和汽车制造商日益关注的焦点。得益于全球科学技术和芯片制造能力的提高,目前很多新型安全技术都能在实际中得以应用,其中智能交通系统(Intelligent Transportation System,ITS)是一种解决汽车安全问题的有效途径。ITS通过将信息通信技术和传感器技术整合到交通系统的基础设施和车辆中,大大改善了交通拥堵状况,提高了系统整体的安全性。保障ITS可靠稳定运行的关键是对雷达和通信两个系统进行融合,在系统硬件和频谱资源等方面进行充分利用,从而方便搭载到汽车平台上。鉴于汽车始终处于高速移动的环境中,本文将采用抗多普勒频移的正交时频空(Orthogonal Time Frequency Spcae,OTFS)调制信号作为车载雷达通信一体化信号,并选取车载雷达中常用的毫米波波段作为载波频率。针对基于OTFS调制的车载毫米波雷达通信一体化系统,本文进行了如下的技术研究:(1)针对现有的OTFS车载雷达通信一体化方案中系统结构不清晰、参数设计不明确的问题,设计了一组同时符合雷达和通信系统要求的参数,并且设计了一种简单的帧结构,用来避免雷达回波信号和通信信号之间的互干扰;针对OTFS信号在符号数目较多时峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)较差的问题,提出了一种基于符号预编码的PAPR抑制算法,该算法通过设计合适的约束条件来减少预编码矩阵对通信性能的影响,并利用块坐标下降方法来降低求解最优预编码矩阵时的复杂度。(2)针对现有的时延-多普勒域匹配滤波算法时间复杂度和空间复杂度都较高的问题,提出了基于稀疏贝叶斯学习(Sparse Bayesian Learning,SBL)的低复杂度参数估计算法。该算法首先利用目标参数取值经验范围等先验信息和雷达信道的稀疏结构对雷达目标信号估计模型进行极大地简化,得到稀疏信号估计模型,并在传统的SBL算法的基础上结合二维模式耦合结构和广义近似消息传递(Generalized Approximate Message Passing,GAMP)方法,可显著降低算法的计算复杂度,而且还能获得更高的峰值旁瓣比(Peak-to-Side Lobe Ratio,PSLR),在多目标场景中有利于减小互干扰。(3)针对现有的消息传递(Message Passing,MP)算法由于非线性解调导致其复杂度高的问题,提出了两种各具优势的低复杂度线性解调算法。其中基于块LDL分解的变换域最小均方误差(Minimum Mean Squared Error,MMSE)估计算法不需要进行迭代计算,在多普勒频移较小时能够明显降低计算量,但是该算法只是简单的线性估计,其误比特率(Bit Error Rate,BER)性能相比MP算法还是较差,而且在多普勒频移较大时需要降低系统的通信速率;而变换域最大比合并(Maximal Ratio Combining,MRC)算法不仅能够利用路径的分集增益来提升符号检测的信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR),还能利用有效信道矩阵在变换域中的稀疏结构来降低计算复杂度,其BER性能和复杂度性能都是要优于MP算法。

关键词：正交时频空调制雷达通信一体化峰均功率比目标参数估计符号检测

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基于OTFS的雷达通信一体化波形设计

基于OTFS的雷达通信一体化波形设计

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作者：孟媛西安电子科技大学

学位级别：硕士

雷达通信一体化能够在单个平台上能够同时实现雷达探测和数据传输,具有节约空间、降低成本、减轻设备载体重量、节约频谱资源等优势。同时,高速飞行器具有突防能力强、隐身性能好等特点,成为各国研究的热点。因此,在高速飞行器机载场景... 详细信息

雷达通信一体化能够在单个平台上能够同时实现雷达探测和数据传输,具有节约空间、降低成本、减轻设备载体重量、节约频谱资源等优势。同时,高速飞行器具有突防能力强、隐身性能好等特点,成为各国研究的热点。因此,在高速飞行器机载场景下进行雷达通信一体化技术研究是未来的发展趋势。基于高速飞行器机载场景的一体化波形设计,存在测控频段内信号多普勒频移较高的问题,因此,需要一种能够有效抵抗高多普勒频移影响的通信传输体制。近年来,基于OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的雷达通信一体化波形设计成为研究热点。然而,该波形设计方案无法应对高机动复杂传输环境下的极大多普勒频偏。针对该问题,正交时频空(Orthogonal Time Frequency Space,OTFS)的新型调制方式基于时延多普勒域进行信号传输可以有效克服时变信道的影响。因此,本文基于OTFS调制体制设计一体化波形,主要工作如下: (1)提出了OTFS的雷达通信一体化波形设计方案。进行了OTFS一体化场景分析,给出了OTFS一体化系统的组成结构,建立了OTFS一体化信号模型。针对OTFS机载雷达通信一体化方案中系统结构不清晰、参数设计不明确的问题,设计了一组同时符合雷达和通信系统要求的参数,并仿真了不同多普勒频移下OFDM与OTFS的误码性能,突出高移动场景下OTFS的性能优势。 (2)进行高速飞行器机载场景下OTFS一体化波形雷达及通信性能仿真分析。基于最大似然(Maximum Likelihood,ML)的单目标参数估计算法。验证了OTFS调制的一体化波形的雷达性能。基于单个目标和多条后向散射路径的雷达信道模型,可以得到准确的时延、多普勒ML估计。 (3)进行基于OTFS调制的一体化波形通信性能分析,针对最小均方误差(Minimum Mean Squared Error,MMSE)算法未利用信道矩阵稀疏性,性能较差,消息传递(Message Passing,MP)算法解调复杂度较高的问题,提出了适用于OTFS一体化信号的变分贝叶斯(Variational Bayes,VB)符号检测算法,结果表明,VB算法具有低复杂度和保证收敛性,在实际多径信道环境下具有更加优异的性能。 (4)基于软件无线电平台(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,Lab VIEW)进行OTFS一体化系统实验。设计了信号发射机、通信接收机以及雷达接收机,搭建了系统流图,编写了信号解调模块与雷达目标参数估计模块,并在暗室环境搭建雷达回波测试软硬件平台。实验结果表明,OTFS一体化波形可以实现可靠的通信数据传输与雷达目标探测,符合前述理论分析结果。综上所述,本文所提出的基于高速飞行器机载场景的OTFS雷达通信一体化波形设计方案可以同时满足高速数据传输与准确的雷达估计,为高移动场景下的一体化波形设计提供了新思路。

关键词：雷达通信一体化正交时频空调制波形设计目标参数估计符号检测软件无线电

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