MIMO雷达波形设计与杂波仿真
这是一篇论文，系统介绍了MIMO雷达的基本原理、波形设计，并对杂波做了建模和仿真。分类号密级UDC注1学位论文MIMO雷达波形设计与杂波仿真(题名和副题名)陈翔(作者姓名)指导教师李军副教授电子科技大学成都(姓名、职称、单位名称)申请学位级别硕士学科专业信号与信息处理提交论文日期2015.3.30论文答辩日期2015.56学位授予单位和日期电子科技大学2015年6月答辫委员会主席评阅人注1:注明《国际十进分类法UDC》的类号WAVEFORM DESIGN FORMIMO RADAR AND CLUTTER SIMULATIONA Master thesis submitted toUniversity of Electronic Science and Technology of chinaMajor: Signal and Information ProcessingAuthor.Chen Xiangadvisor:Li JunSchoolSchool of Electronic Engineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我·同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名:日期:年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的仝部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)作者签名导师签名:日期:年月日摘要摘要多输入多输出( Multiple- nput multiple- Output,MMo)雷达是一种近十几年才发展起来的新体制雷达,它发射的是彼此相互正交的信号,这样MIMO雷达的信号类型与可控参数就比传统相控阵雷达更为丰富与复杂。良好的波形设计能够充分利用MIMO○雷达丰富的空时频资源,能够提高日标的探测、跟踪性能并且降低被敌方截获的概率。因此,正交波形设计是研究MMO雷达系统的关键之处,优化波形的优劣将直接决定MMO雷达性能的好坏。本文主要针对MMO雷达背景研究了两种新的正交波形优化设计方法,并结合实际工程应用背景和需求,优化改进了多相编码序列的优化算法。同吋,对MIMO雷达的地杂波进行建模分析,给出了双基地MIMO雷达的地杂波的仿真。木文涉及的内容主要包含下面几点:1.对MIMO雷达的基本结构、工作原理及特点分别进行阐述,讨论了MIMO雷达正交波形的类型和形式2.研究了基于新循环算法(CAN, Cyclic algorithm-ncw)来设计正交波形通过将相关峰值旁辦水平的最小化问题等价为一个频域最小化问题,进而转化为一个二次函数的最小化问题,并对这一二次函数不断循环优化,最终获得最优值。该算法具有很强的计算能力,能够满足雷达对超长编码的需求,冋时设计出的正交波形具有较低的相关特性,最后对该算法的相关特性进行分析。3.研究了基于序列二次规划算法()设计的连续相位编码信号,并通过在目标函数中添加严格正交约束条件使得设计出的信号具有严格正交性,提升了杂波对消的效果,能够有效的提升目标的探测性能。同时将“和信号”相关旁辦引入到目标函数之中,改善了“和信号”的相关输出。通过相位量化过程使得设计出的信号满足工程上对离散相位的要求,并对量化特性以及参数约束条件对相关峰值旁瓣量的影响让行了分析4.对MIMO雷达地杂波进行仿真,通过对两种不同幅度分布的杂波仿真分别对零记忆非线性变换法和球不变随机过程法进行研究分析,并对这两种杂波仿真方法进行比较与总结,同时对双基地MIMO雷达地杂波进行建模与仿真并进行分析关键词:MIMO雷达,正交波形设计,“和信号”相关旁瓣,严格正交性,杂波仿真ABStRaCtABSTRACTMultiple-input multiple-output (MIMO) radar as a new radar system wasdeveloped in the last decade and it has become the focus of the current internationaresearch. MIMO radar transmitter signals are mutually orthogonal to cach other, so thetype of mimo radar signal with richer controllable parameters and more complex thanthe conventional phased array radar. a good waveform designed can take full advantageof MIMO radar rich space-frequency and code resources, it could also improve targetdetection, tracking performance and reduce the probability of being intercepted by theenemy. Therefore, orthogonal waveform design is the key point of mimo radar systemsOrthogonal waveform design will directly determine the performance of MIMO radarare good or badThe main content about this article is researched two new orthogonal waveformdesign optimization methods, combined with practical engineering background andneeds, improved and optimization multi-phase coding sequence algorithms. meanwhileMIMO radar clutter is modeled by analyzing the bistatic MIMO radar cluttersimulationContents of this article are mainly involved in the following areas1. The basic structure of MiMo radar and the basic working principles aredescribed, discussed the types and forms of MIMO radar orthogonal waveform2. Research based on Can algorithm design orthogonal waveforms, by equivalentcorrelation peak sidelobe level minimization problem is a frequency-domainminimization problem, and then transformed into a quadratic function minimizationproblem and loop optimization sub-problems, and ultimately got the best value. Thealgorithm has a strong computing power, able to meet the demand for long- coded radarand the orthogonal waveforms has a low correlation characteristic. Finally, analyzed therelevant characteristics about this algorithm3. Research based on sequential quadratic programming algorithm design ofcontinuous phase encoded signals, and in the objective function by adding stringentconstraints make orthogonal design with strictly orthogonal signals, thereby improvinthe noise cancellation effect, it can effectively enhance the target detection accuracyMeanwhile, the sum-signal"associated sidelobe being introduced into the objectiveABSTRaCTfunction, improve the"sum-Signal"of the correlation output. Such that the quantizationprocess on the phase of a signal designed to meet the engineering requirements of thediscrete phase, and the quantization characteristics and parameter constraints on theamount of side lobe correlation peaks are analyzed4. Research on MIMO radar ground clutter modeling and simulation, through zeromemory nonlinearity simulation Weibull distribution clutter and through sphericallyinvariant random processes simulation K distribution clutter, and compared andsummarized this two methods. Meanwhile, for bistatic MiMo radar ground clutter hasbeen simulated and analyzedKeywords: MIMO radar, orthogonal waveform design, sum-signal"correlationsidelobe, strict orthogonal, clutter modeling目录目录第一章绪论……1.1研究背景与意义1.2研究动态与发展现状….·······1.2.1MIMO雷达波形设计现状223122MIMO雷达动态及发展状况1.3主要工作及内容安排第二章MMO雷达原理及波形设计概述2.1MIMO雷达基本原理及其特点2. I MIMO雷达基木原理2L2MIMO雷达特点22MMO雷达波形分类及设计特点2,21MIMO雷达正交波形设计特点222MIMO雷达波形分类23本章小结第三章基于CAN算法的MIMO雷达波形设计143.1MIMO雷达正交波形设计原理.酯音音看。普音DD音音番音音垂音看看3.2于CAN算法的正交波形设计;垂..看看看垂垂D垂垂·垂.垂。垂。着看垂音垂非·垂。垂非看153.2.1问题模型描述……153.2.2设计方法及设计流程…………173.23设计结果3.3基于CAN算法相关特性分析.233.3.1编码长度对相关峰值旁辦的影响233.3.2信号个数对相关峰值旁瓣的影响2434本章小结25第四章基于序列二次规划算法的MMO雷达波形设计264.1序列二次规划的数学描述264,2连续相位编码信号设计.274.2.1设计方法及设计流程1看看274.2.2设计结果。,看音音着着;音音DD看垂音音音自看看垂。垂DD音音音,音垂看看垂294.3量化及量化后相关特性分析…
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控制理论中的代数基础
中科大的教材，属于基础类的数学课程，课本教材简单通俗易懂，望大家下载啊前言在自动控制专业中,线性代数或矩阵论是一个重要的数学基础.比如,矩阵范数、矩阵函数及矩阵微分方程是线性系统理论必不可少的预备知识,线性系统多变量频域法建立在多项式矩阵及有理分式矩阵理论基础上,现代鲁棒控制方法可以采用线性矩阵不等式工具来实现.即便刈于非线性系统,除了需要引入更深刻的数学工具之外,矩阵分析方法仍是不可或缺的手段因此,一些人学自动控制专业特别将矩阵分析纳入研究生课程体系,就是要在人学本科线性代数的基础上,进一步增加内容以符合控制相关学科的专业需求作者在中国科学技术大学自动化系从事“控制理论中的代数基础”教学多年从选择现成教材到开始自编讲义,讲义形式从电子版到胶印版,内容在不断扩充中现在讲义内容己超出60至80学时的教学量,教师可以选择一部分讲授,其余部分可以计学生自学或作为可随时查阅的参考书.本书涉及范围较广,编写中参阅了不少经典文献.编写风格上追求叙述简洁、注重逻辑体系严谨性.因篇幅所限及个人倾向性,本书很少讨论相关的计算方法,虽然算法问题也很重要.如果作为教学用书,教师可自行选择讲授范围并增加一些实例.本书也可作为其它专业研究生、工程师和科研人员的参考书.本书共分八章.第一、二章扼要介绍抽象代数基础.第三、四章讲述线性空间与线性映射,特别是不变子空间分解定理等.第五章从多项式矩阵入手,讨论多项式矩阵 Smith标准形和复矩阵 ordan标准形,并介绍投影矩阵、正规矩阵和Hermite二次型等.第六章介绍矩阵范数、矩阵级数和矩阵函数,并讨论线性系统的稳定性、可控性与可观性.第七章包括各类广义逆矩阵、矩阵方程及矩阵不等式.第八章讨论多项式矩阵的互质、分式矩阵的既约分解,以及线性系统的零极点与实现理论.在本书编写过程中,承蒙中国科学技术大学自动化系各位同仁的支持,特别是奚宏生教授、吴刚教授的鼓励与支持.在本书排版与定稿过程中,中国科学技术大学出版社张莹莹、沈轩和韩继伟等编辑提岀了宝贵意见并给予帮助.硏究生魏波、王兴虎和陈珊杰对书稿进行了仔细校对.作者在此一并深表感谢.限于作者水平书中不妥与错误之处在所难免,敬请读者批评指正.作者2008年春lI目录第一章集合、映射与关系31.1集合1.2映射习题1-11.3代数运算1267831.4代数关系31.5等价类10习题12第二章基本代数系统142.1群142.2环与域162.2.1环162.2.2域..19§23代数系的同态习题2-124子群与陪集习题22§25环的理想§2.6多项式环§27同态基本定理423602习题2-3第三章线性空间与线性映射44531线性空间44532线性空间的基与维数533线性映射.52习题3-15734商空间58535对偶空间目录3.6内积空间37酉变换习题3-2..第四章线性变换与空间分解75§41不变子空间7542特征值问题75§43投影算子77§4.4最小多项式§4.5空间互质分解844.6空间循环分解87习题4198第五章相似变换与酉变换1015.1多项式矩阵1012 Smith标准形10653 Jordan标准形110习题5-111854正交投影与正规矩阵.12055二次型127§5.6奇值分解134习题52..137第六章矩阵范数与矩阵函数14056.1向量范数14056.2矩阵范数.146563向量和矩阵的极限153§6.4特征值与谱半径的估计158习题6-1160§6.5矩阵幂级数16266矩阵函数.164§6.7函数向量或矩阵的微积分173§68常用矩阵函数176§6.9线性系统的稳定性、可控性与可观性179目录习题62187第七章广义逆矩阵、矩阵方程189§7.1广义逆矩阵..18987.2 Penrose- Moore厂义逆矩阵193§7.3 Drazin逆与群逆习题71....20374矩阵的 Kronecker积.20437.5线性矩阵不等式209习题72214第八章多项式矩阵与有理分式矩阵21581多项式矩阵的理想21582多项式矩阵的因子与互质.21683有理分式矩阵.22584有理分式矩阵的既约分解228习题8-1..23238.5系统矩阵的等价变换233§86线性系统的实现理论23987传递函数矩阵的状态空间实现与可控可观24288线性系统的零板点249习题8-225参考书目260索引261目录第一章集合、映射与关系在认识世界的过程中,我们常常倾向于从一些具体事件中归纳出有规律性的东西来.比如说,我们把数字与具体对象分离开来,得到初等数学中数的概念,并给予了加、减、乘、除等运算规律:在髙等数学里,我们知道对向量、矩阵、函数等可以进行类似的计算在数学上,往往重要的不是对象本身,而是对象之间的关系这样就把对象抽象成集合.一般代数(或抽象代数)的主要内容就是研究所谓的代数系统,即具有运算的集合.一般代数在数学的其它分支以及相关学科里都有重要的作用.本书的前二章对一般代数作一个初步介绍81.1集集合的概念大家以前在不同场合会遇到过,这里我们来回顾一下有关的定义及常用记号若十个(有限或无限)确定的事物的全体叫做一个集合,组成一个集合的事物叫做这个集合的元素.一个没有元素的集合称为空集.通常我们用大写字母A,B,C,表示集合,用小写字母a,b,c,表示集合的元素,用②表示空集面的二种方式都可以表示一个集合:A={a1,a2,}其中第一种方式可用来表示有限或可列集合,第二种方式可读为满足条件P(x)的所有x组成的集合若a是集合A的一个元素,就说a属于A或A包含a,用符号a∈A或A3a米表示;反之若a不是集A的元,就说a不属于A或A不包含a,用符号agA或Aa米表示若集合B的每一个元素都属于集合A,就说B是A的子集,用符号BcA或A>B表示;否则就说B不是A的子集,用符号BgA或AB表示.任集合A总可以空集和其自身A作为该集合的子集,这两个子集称为平凡子集由一个集合A的所有子集作为元素而构成的集合,称为集A的幂集.不难证明,如果集A是有限集,并具有n个元素则A的幂集将有2个元素.在这个意义上我们常将A的幂集记为24第一章集合、映射与关系若集合A和集合B所包含的元素完全相同,那么A与B实际上表示同一个集合,这时称A等于B,即A_B.显然有A=B→ACB,AB式中双向蕴含号“←→”表示其左右两边互为(充分必要的)等价命题下面对二个集合A,B定义一些常见的运算并集AUB={x:x∈A或r∈B}交集A∩B={x:∈A且r∈B}差集4B={x:x∈A且xgB}直积A×B={(x,y):∈A,y∈B}集合的并和父都满足结合律与父换律,并且并与父之间还符合分配律,即对任意三个集合A,B,C有Au(B∩C)=(AUB)n(AUC)A∩(BUC)=(∩B)∪(A∩C)在很多情况下,我们的矿究对象是限制在定的范围内,形成个基本集合(全集),我们感兴趣的是基本集合里的了集之间的关系.现设有基本集合E,以及其中的集合A(AcE),称差集EA为集A的补集(余集),记x=EA作为直积的一个例子,两个实数集R的直积为平面点集R2=R×R多个集合之直积可以类似地定义为41×A2×……An={(x1,x2,…,mn):x;∈A,=1,2,…,m}式中(x1,x2,,xn)是元有序组812映射我们知道,函数概念反映了数与数之间的对应关系,现在我们把函数意义推广一下,考查一般集合里的元素之间的对应关系定义1.21(映射)对于两个集合A和B,如果能够建立某种规则∫,使得对任给a∈A,存在唯一的元b∈B与之对应,记为f:a口b或f(a)=b,那么就称∫是由集A到集B的一个映射,记作∫:A→B或A→B,其中a和b可分别叫做映射f的原象与象
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