基于压缩感知MFDMIMO雷达信号处理

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文档主要内容

文档类型：博士论文（哈尔滨工业大学工学博士学位论文）
适用人群：雷达信号处理研究人员、高频雷达系统设计者、压缩感知应用研究者

核心内容：
本研究围绕基于压缩感知的MIMO雷达信号处理展开，重点解决高频雷达在恶劣电磁环境下的波形设计、角度分辨力提升以及分布式系统稀疏采样与目标定位等实际问题。

非连续谱波形设计：通过优化波形实现了频谱约束下的最优副瓣等级，显著提升了高频雷达在复杂电磁环境中的工作能力。该研究对提高高频雷达的抗干扰性能具有重要参考价值。

多载频空域综合：针对高频雷达角度分辨力差的问题，提出多载频聚焦算法虚拟大孔径阵列，有效抑制因阵列稀疏产生的栅瓣。通过预条件共轭梯度法重构非均匀空域信息，显著提高了高维方程求解的收敛速度。同时，针对不同频率下目标幅度相位响应、回波信噪比及多普勒信息不一致的问题，设计了相应的预处理流程，并分析了发射载频选择对空域综合性能的影响。这一方法为高频雷达孔径尺寸提升提供了新的信号融合思路。

分布式压缩感知雷达系统：建立多载频分布式MIMO高频雷达模型，提出基于压缩感知的分布式雷达系统算法。采用非均匀周期发射多载频相位编码信号，有效减轻多脉冲雷达系统不同节点的数据传输负担。通过构造统一的空域和多普勒域感知矩阵，解决了分布式系统多站点回波信息集中处理及目标定位模糊问题。针对空间网格细化导致压缩矩阵相关性增强的难题，引入多载频信息改善了感知矩阵的空间等距条件。此外，通过将测量矩阵附加未知目标响应相位分布，有效改进了目标定位误差。最后，系统讨论了感知矩阵列向量相关性、估计误差性能以及空间分辨网格的划分准则，为压缩感知算法在实际系统中的应用提供了理论依据。

结论与价值：
本研究提出的非连续谱波形设计、多载频空域综合以及分布式压缩感知算法，系统性地解决了高频雷达在频谱约束、角度分辨力、稀疏采样与目标定位等方面的关键难题。优化的波形实现了频谱约束下最优副瓣等级，预条件共轭梯度法显著提高了空域重构的收敛速度，多载频信息有效改善了感知矩阵的空间等距条件。这些成果对高频雷达在恶劣电磁环境下的工程应用具有直接指导意义，也为分布式MIMO雷达系统的信号处理提供了可借鉴的理论框架。