【硕士论文】多载频MIMO高频雷达的波束形成方法研究【附MATLAB代码】

文摘   2025-01-08 20:21   辽宁  

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摘要

近年来,MIMO雷达受到广泛关注,可以将这种新体制雷达技术应用到 高频雷达中。高频雷达具有超视距探测功能,但是其工作频段频谱资源非常 有限,很难拥有连续的宽频谱资源,而多载频技术可以将这些分散的频率资 源利用起来。本文从波束形成方面,对多载频MIMO高频雷达进行了研究, 主要工作内容包括: 
1、在阵列信号模型的基础上,阐述了多载频信号的基本原理,并建立 了多载频阵列信号模型,详细分析了多频体制下虚拟阵列的产生机理,由此 推导出多载频MIMO雷达的常规波束形成算法,并通过实验仿真讨论了不 同频率组合对多载频信号波束形成性能的影响。 
2、针对于最优频率组合的确定问题,提出采用粒子群算法来进行固定 虚拟孔径下最优频率的选取,可以在保持主瓣分辨率不变的前提下,选取使 旁瓣性能最优的载频组合;针对于频率组合元素为基准频率整数倍的情况, 利用枚举法在虚拟线阵中抽取阵元组成旁瓣性能最优的稀疏阵列,并给此模 式下接收阵列的排布形式及各个阵元接收信号的分配安排,在获得最佳旁瓣 性能的同时,降低了接收系统的复杂度;最后,针对于频率间隔较大时常规 波束形成旁瓣较高的问题,采用凸优化理论求得最优权值,在保持主瓣分辨 率的条件下,优化旁瓣性能。 
3、分析了回波中不同频率信号幅相特性不一致对波束形成性能的影响, 阐述了稳健的波束形成的必要性。详细分析了Capon波束形成算法及其性质, 并且阐述了稳健的Capon算法和双约束的稳健Capon算法原理。通过仿真实 验得到,多载频信号下,稳健的Capon算法在输入信噪比较低时具有良好的 输出信干噪比,并且对角度误差和采样快拍数不敏感,具有一定的稳健性。最后,针对于未知误差和密集干扰问题,提出了扩展的RAB-SDP-WC算法, 这种稳健算法在保持指定方位区域的增益不衰减的前提下,使最差情况时的 输出功率最小,可以在密集干扰区域形成凹陷,并且保持良好的旁瓣性能。仿真结果表明,相比于R-SOCP算法,所提算法具有更好的干扰抑制能力和 旁瓣性能。 

关键词:多载频MIMO雷达;接收波束形成;虚拟阵列;旁瓣抑制

基于凸优化理论的旁瓣抑制方法 

在众多优化方法中,凸优化[45,46]方法近年来备受关注,成为研究的热 点。该优化方法被应用在控制系统、机械工程、信号处理等很多工程领域中。本节将凸优化理论应用于多载频雷达的方向图综合问题中,来降低波束形成 方向图的旁瓣电平。在保持主瓣分辨率不变的条件下,使方向图的旁瓣电平 最低。

MATLAB代码展示

% L波段 (1--2 GHz)  波长 30-15 cm  远程监视(200-500 km)% S波段 (2--4 GHz)  波长 15-7.5 cm  中程监视(100-200 km) 远程跟踪(50-150km)% 参考文献 多载频MIMO高频雷达的波束形成方法研究 候宪美%图3-8clearclc
%% 参数 %%f0 = 3e9;%参考频率f1 = f0+32e6;f2 = f1+32e6;f3 = f2+32e6;f4 = f3+32e6;c = 3e8;Lambda = c/f0;M = 5;%发射阵元数N = 13;%接收阵元数dr = Lambda/2;dt = 1*dr;Lambda1 = c/f0;Lambda2 = c/f1;Lambda3 = c/f2;Lambda4 = c/f3;Lambda5 = c/f4;theta = -90:90;theta0 = 0;
%% 方法1 用循环 %%%% 接收导向矢量 %%% ar = exp(-j*2*pi*(N-1)*d*sind(theta)/Lambdai)%接收导向矢量与发射的频率相关ar1 = zeros(N,1);katar1 = zeros(N,length(theta));for jj = 1:length(theta) for ii = 1:N ar1(ii,:) = exp(-1i*2*pi*(ii-1)*dr*sind(theta(jj))/Lambda1); % N*1 end katar1(:,jj) = kron(1,ar1);end
ar2 = zeros(N,1);katar2 = zeros(N,length(theta));for jj = 1:length(theta) for ii = 1:N ar2(ii,:) = exp(-1i*2*pi*(ii-1)*dr*sind(theta(jj))/Lambda2); % N*1 end katar2(:,jj) = kron(exp(1i*2*pi*dt*sind(theta(jj))/Lambda2),ar2);end

MATLAB仿真结果

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