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摘要-I-摘要高频地波雷达是探测海面超视距隐身目标有效的探测系统，通常采用宽波束照射、单方向窄波束接收目标回波。由于目标特性在高频段处于瑞利区前段或者谐振区，不确定的目标姿态及RCS起伏极易导致回波微弱而丢失目标。为了克服目标的闪烁，充分利用目标的RCS不同频率和角度明显的差异，将多输入多输出（MIMO）体制与高频雷达相结合。应用MIMO体制的优势有效提高雷达系统时间、空间、频率管理的自由度，使雷达系统可以收集来自多方向、多载频的目标回波信息，通过空间分集、频率分集，实现提高系统分辨力和回波能量综合的目的，从而提高雷达系统的探测能力。因此，研究MIMO体制与高频地波雷达系统的有效结合对提高系统性能具有重要实际意义。本研究将MIMO的体制结合高频雷达的自身特点，建立了区别一般MIMO体制的多载频MIMO高频雷达模型。本研究分别建立了集中式和分布式MIMO雷达模型，针对不同模型提出了有效的信号处理算法，得到了一些具有积极意义和参考价值的方法和结论。总体来说，本研究主要包括以下几个方面：第一，研究并改进了MIMO模糊函数使其适应评估复杂的MIMO雷达系统速度距离分辨能力，突破了传统模糊函数理论的局限性。本文提出非连续谱MIMO高频雷达模糊函数：通过研究集中MIMO模型分集发射不同载频信号，对系统空域与时域耦合问题进行了研究，有效评估该系统角度距离分辨力，得到了非连续谱波形设计准则；进一步在多载频分布式MIMO模型下，通过扩展传统模糊函数的研究评估系统空间分辨力，得到了分布式MIMO雷达的基阵布放一般规律。本文提出的改进MIMO模糊函数对于高频MIMO雷达全局分辨力分析具有重要的意义，为后续关键问题的提出及研究打下了坚实的基础。第二，为了有效提高高频雷达距离分辨力，针对非连续谱信号产生的较高距离旁瓣的缺点，本研究提出了两种非连续谱信号来解决较高旁瓣问题——接收端非连续谱旁瓣抑制和发射端波形设计。区别于以往非连续谱波形时分复用构造形式，本研究采用天线分集发射不同载频相位编码信号，在接收端将非连续谱信号相参拼接，对相参处理后主瓣附近产生的较高旁瓣进行抑制。基于凸优化算法设计旁瓣抑制滤波器，对有限长数据产生的伪峰滑窗剔除，有效的解决了多目标环境下弱目标被较高副瓣遮挡问题。本算法实时性好且简单实用，便于工程实现。基于发射端波形设计，本研究利用波形平均通带阻带功率比与自相关旁瓣关系，提出波形优化的代价函数。通过量子遗传算法优化低自相关旁瓣波形，仿真实验哈尔滨工业大学工学博士学位论文-II-取得了预期的效果，优化的波形实现了频谱约束下最优副瓣等级。本章关于非连续谱信号的研究对于提高高频雷达恶劣电磁环境工作问题具有重要意义。第三，针对高频雷达的角度分辨力差问题，区别于以往MIMO模型虚拟阵列技术，提出通过多载频聚焦算法虚拟大的阵列孔径。针对虚拟孔径的单元间距大于半波长，阵列综合产生栅瓣的问题，本研究进一步提出了基于预条件共轭梯度法重构非均匀空域信息，有效抑制因阵列稀疏产生的栅瓣问题。在重构标准频率下均匀空域信息时，需要求解高维方程，预条件的引入显著提高了算法的收敛速度。同时，针对不同频率下，目标不一致的幅度相位响应、回波信噪比及多普勒信息，提出了相应的预处理流程。此外，分析了发射载频选择对空域综合性能的影响。多载频MIMO空域综合提出了一种新的信号融合思路，有效提高了高频雷达的孔径尺寸。第四，本研究建立了多载频分布式MIMO高频雷达模型，针对该模型产生空间和多普勒域稀疏采样问题，提出一种基于压缩感知分布式雷达系统算法。本研究采用非均匀周期发射多载频相位编码信号，有效减少多脉冲雷达系统不同节点数据传输负担。针对稀疏回波信号恢复问题，通过构造统一的空域和多普勒域感知矩阵，有效解决了分布式系统多站点回波信息集中处理问题，及分布式系统产生的目标定位模糊。针对空间网格细化导致压缩矩阵相关性变强，将多载频信息的引入，较好的解决的感知矩阵的空间等距条件限制。此外，针对实际情况中，不同方向产生的未知相位响应无法准确重构问题，提出将测量矩阵附加未知目标响应相位分布，有效改进目标定位误差。最后讨论了压缩感知算法感知矩阵的列向量相关性，系统估计误差性能，以及空间分辨网格的划分准则。压缩感知理论在分布式MIMO雷达模型中的研究，为感知压缩算法应用于实际系统提供了理论依据。关键词：MIMO雷达；高频地波雷达；非连续谱波形设计处理；多载频空域综合；分布式压缩感知；Abstract-III-AbstractFlighttargetrealizesself-stealthisparadoxicalproblemforweaktargetdetection.Enteringthe21stcentury,electroniccountermeasuresandstealthtechnologyhasbeenrapiddevelopment.Themultiple-inputmultiple-output(MIMO)systemshavebeenattractedwidelyattention.Undertheconventionalmicrowavedetectionconditions,Missiletarget,stealthaircraftthehasweakechoenergy,dueingtothecharacteristicsofthestructureandsize.ThiscategorytargetRCSisobviousdivercityunderdifferentcarrierfrequencyandilluminationangle.Usingthisfeature,MIMOdetectionsystemcancollectfrommultipledirectionsandcarrierfrequencytargetechoinformation,realizingthespacediversity,frequencydiversity,achieveingthesignalsenergyaccumulationanddetection.Therefore,MIMOdetectiontechnologyhasagoodtechnicaladvantage.Inactualradardetection,usuallyradarworkingenvironmentisnotidealsilent,theelectromagneticenvironmentisfulledofinterference.Theapplicationofelectroniccountermeasuresalsomakeselectromagneticenvironmentbecomemorecomplicated.Inthisenvironment,theavailablesignalbandwidthisdiscontinuous.EspeciallyintheVHF,UHFandband,television,communicationsignalhasbecomethemainsourceinterference.CombinedwithMIMOtechnologyadvantage,theresearchisaboutmakingfulluseofthediscontinuoussignalbandwidth,inordertoachievingaccuratedetectionpurpose.ThispapercombinedMIMOsystemwiththecharacteristicsofhighfrequencyradar,establishedthemulti-carrierfrequencyMIMOHFradarmodel.ThecollocatedanddistributedMIMOhigh-frequencyradarsignalprocessingisstudied,andgotsomepositivemeaningmethodandtheconclusion.Ingeneral,thispapermainlystudiedthefollowingproblems:First,thetraditionalambiguityfunctionisbasedonthesignalwaveformaboutthetargetspeedandrangeanalysistheory,andforMIMOHFradarsystemfrommulti-anglereceiving,discontinuousspectrumsignalmodel,thetraditionalambiguityfunctiontheorycannotaccurateanalysisofcomplexmultiple-inputmultiple-output(MIMO)system.ThispaperintroducedtargetRCScharacteristicstotheambiguityfunction,makingtheambiguityfunctioncanbeanalyzedthemoregeneralizedspaceresolutionofradarsystem.ThischapterisaimedatdiscontinuouswaveaboutsinglestaticMIMOHFradarsystem,andanalyzingthehighersidelobereseanofthediscontinuousspectrumpulsecompression;thenweanalysisdistributedMIMOsystemspaceresolutionthroughthedistributedMIMOambiguityfunctionandachievingarrayarrangementlaw.TheMIMOambiguityisthefoundationofthesubsequentchaper.哈尔滨工业大学工学博士学位论文-IV-Second,inviewoftheHFbandinterferenceisserious,WeadoptedmultipleantennadiversityemissionMIMOmodel.Theantennatransmittingdiscontinuousspectrumcyclephasecomplementarycodesignal(MCPC),atthereceivingwesplitedjointdiscontinuousspectrumphasecodedsignal,inviewofhighersidelobeofthediscontinuousspectrumpulsecompressionnearmainlobe,wemakesuppressedprocessing.Throughtheconvexoptimizationwedesignsidelobesuppressionfilter,andeliminateslidingwindowpseudopeakduetothelimitedlengthdatagenerated,andanalysisthewaveformproperty.Basedontransmittingterminaloptimizationwaveform,constraintemissionwaveformspectrumandemissionwaveformautocorrelationsidelobelevellevel,throughthequantumgeneticalgorithmtooptimizetheemissionwaveform.Thisstudyprovidestwokindsofdiscontinuousspectrumsignalusedtwokind