基于信息论的MIMO雷达若干理论问题研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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基于信息论的MIMO雷达若干理论问题研究

项目名称：基于信息论的MIMO雷达若干理论问题研究
项目类别：面上项目
批准号：61171120
申请代码：F010303
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：汤俊
依托单位：清华大学
批准年度：2011

中文摘要：

MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output)雷达利用多波形发射和接收，在提高雷达系统的性能方面具有重要的发展潜力。在大多数MIMO雷达的研究工作中，研究者们一般都考虑了高斯白噪声背景环境下简单的瑞利目标模型和理想点目标模型，并普遍采用理想正交波形发射的条件。在我们已经开展的研究工作中，发现MIMO雷达的检测性能和分辨性能与目标特性、干扰/杂波背景以及发射波形的形式是密切相关的。因此，本项目的研究目标包括建立MIMO雷达的多散射点目标模型、色噪声和杂波背景模型，在此基础上，通过引入信息论的一些分析方法，研究和MIMO雷达回波信号模型以及背景环境相适应的波形设计方法，以优化系统检测性能和分辨性能。本项目的研究工作对于引导MIMO雷达的发展方向，发展未来发射－接收联合优化设计的全数字化雷达系统具有很好的参考价值。

中文主题词： MIMO 雷达；信息论；相对熵；波形设计；检测性能

英文摘要：

MIMO Radar；Information theory；Relative entropy；Waveform design；Detection performance

英文主题词： MIMO Radar；Information theory；Relative entropy；Waveform design；Detection performance

结论摘要：

信息论是运用概率论与数理统计的方法研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、密码学、数据压缩等问题的应用数学学科。本项目将信息论引入到MIMO雷达领域，研究基于信息论的MIMO雷达的若干关键技术如正交波形设计、信号检测、参数估计等内容，为MIMO雷达的系统研制打下理论基础。该项目侧重研究基于信息论的MIMO雷达基础理论，且在该项目的基金支持下，我们已完成计划书中所有的研究内容。其成果发表在国际权威期刊和会议上，其中SCI收录21篇，EI收录34篇、申请专利1项。培养博士后1名，博士生 3 名，硕士生若干。取得的主要学术成果如下（1）研究了MIMO雷达在统计情况下和相干情况下的多种杂波和目标信号模型，为后续的MIMO雷达波束形成、目标检测、参数估计和跟踪打下基础。（2）如何设计相关旁瓣低、信号集规模和码长不受限制、多普勒容限好且构造算法简捷的正交波形一直是MIMO雷达领域重要的研究主题之一。我们研究了在空时编码MIMO雷达的框架下提出了一种低运算量的完全互补码多普勒容限解析拓展方法，由该方法所构造的CCC能在一定的多普勒频移范围内维持极低的相关旁瓣。（3）基于Stein理论，我们用相对熵度量误差指数来研究奈曼-皮尔逊（NP）检测器在MIMO雷达和相控阵雷达中的检测性能。在高信噪比（SNR）区域，引入分集度来分析结果。在低SNR区域，给出相对熵的分析性近似值。最后，用相对熵来研究MIMO雷达接收机和发射机的数量选择。（4）最后我们研究了MIMO雷达在目标回波含有（信号相关）的杂波以及（有色）干扰波形设计问题，以提高系统的探测性能。将信息论中相对熵引入检测问题来对波形进行优化设计。设计了一种基于最小最大迭代法（MM）的技术来解决非凸的设计问题。所提出的方法可以保证设计目标单调上升并且保证收敛。该方法可以应用于统计和集中式MIMO雷达。

成果综合统计