多发多收 (Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达是21世纪初正式提出的一种新型雷达体制,其作为突破现有雷达体制瓶颈的希望,引起了众多学者和研究机构的浓厚兴趣？MIMO雷达系统可广泛应用于大到国家防御系统？空中管制等战略级用途,小到穿墙雷达探测生命特征？公共运输系统安检等小型便携式超宽带微波成像系统中,应用前景十分广阔？
本书紧紧围绕“为什么要发展MIMO雷达”和“如何设计MIMO雷达系统”两个科学问题,着重在基本理论和方法上进行探讨,分三部分展开:第一部分介绍紧凑型MIMO雷达目标参数估计性能分析的基本理论框架,推演以此框架为基础的系统设计策略;第二部分介绍分布式MIMO雷达目标定位性能？定位方法？误差敏感性和功率优化分配方案;第三部分介绍基于混沌理论的MIMO雷达正交波形设计和优化技术？
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目录
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第1章绪论 1
1.1 MIMO雷达研究现状 2
1.1.1 MIMO雷达理论概述 3
1.1.2 MIMO雷达国内外研究现状 6
1.1.3 MIMO雷达现有的研究热点问题 9
1.1.4 MIMO雷达应用前景 18
1.2本书概要 19
第2章 MIMO雷达信道相关特性和模糊函数 23
2.1引言 23
2.2 MIMO雷达回波信号模型 23
2.3 MIMO雷达中信道的相关性分析 25
2.3.1 MIMO雷达系统中信道模型 26
2.3.2信道相关性分析 27
2.3.3仿真分析 30
2.3.4小结 33
2.4基于匹配滤波的双站MIMO雷达模糊函数 33
2.4.1基础分析 34
2.4.2双站MIMO雷达模糊函数 37
2.4.3频分准正交波形 38
2.4.4仿真分析 39
2.4.5小结 43
2.5基于似然函数的双站MIMO雷达模糊函数 43
2.5.1信号和噪声统计模型 43
2.5.2双站MIMO雷达模糊函数 44
2.5.3仿真分析 45
2.5.4小结 48
2.6本章小结 48
第3章 基于EM和SAGE的最大似然MIMO雷达测向算法49
3.1引言 49
3.2算法基础 50
3.2.1循环最小化器 50
3.2.2期望最大算法 51
3.2.3空间交替广义期望最大算法 51
3.3基于EM算法和SAGE算法的MIMO雷达测向 52
3.3.1信号模型 53
3.3.2基于EM算法的MIMO雷达测向 55
3.3.3基于SAGE算法的MIMO雷达测向 57
3.3.4初始值的选择 59
3.4收敛性比较分析 59
3.5仿真比较分析 62
3.6本章小结 65
第4章 基于流形理论的MIMO雷达测向极限性能分析 67
4.1引言 67
4.2阵列流形的微分几何表示 67
4.2.1传统阵列流形 68
4.2.2 MIMO雷达虚拟阵列流形及其微分几何描述 71
4.2.3平面阵列的流行曲面锥角参数化 74
4.3 MIMO雷达测向性能限分析 76
4.3.1单目标 76
4.3.2两目标 78
4.4 MIMO雷达测向检测限分析 79
4.5 MIMO雷达测向分辨限分析 80
4.6彷真实验 81
4.6.1单目标情形 83
4.6.2两目标情形 88
4.7本章小结 91
第5章 基于MIMO雷达系统基本辨识能力 93
5.1引言 93
5.2窄带测向紧凑型MIMO雷达基本辨识能力分析 93
5.2.1信号模型 93
5.2.2基本目标辨识能力 95
5.2.3仿真分析 97
5.2.4本节小结 98
5.3宽带定位MIMO雷达基本辨识能力分析 98
5.3.1信号模型 98
5.3.2理想辨识能力 102
5.3.3有效辨识能力 105
5.4本章小结 107
第6章 基于MIMO雷达虚拟阵列流形的测向模糊 109
6.1引言 109
6.2流形模糊类型——秩模糊 110
6.2.1秩1模糊 110
6.2.2高秩模糊 110
6.3模糊产生集理论 111
6.3.1流形曲线的模糊产生集 111
6.3.2流形曲面的模糊产生集 112
6.4 MIMO雷达虚拟阵列流形模糊的求解算法 113
6.4.1 MIMO雷达流形曲线的模糊求解 113
6.4.2 MIMO雷达流形曲面的模糊求解 113
6.5举例分析 116
6.5.1 MIMO雷达虚拟线性阵列流形模糊举例 116
6.5.2 MIMO雷达虚拟平面阵列流形模糊举例 120
6.6结论和下步工作 123
第7章 MIMO雷达测向敏感性理论 125
7.1引言 125
7.2数学模型 126
7.3最大似然测向算法敏感性分析 126
7.3.1晟大似然测向算法 127
7.3.2敏感性分析 128
7.3.3模糊限推导 129
7.4基于流形研究MIMO雷达天线位置敏感性分析 130
7.4.1天线重要性函数 131
7.4.2系统总敏感性 133
7.5仿真分析 134
7.5.1基于MLE的敏感性分析 135
7.5.2基于流形曲面的敏感性分析 140
7.6本章小结 142
第8章基于克拉默一拉奥下限的MIMO雷达天线几何设计 143
8.1引言 143
8.2信号模型 143
8.3克拉默拉奥下界的表达式 144
8.4 MIMO雷达天线几何设计 146
8.4.1双站MIMO雷达去耦合方位估计的天线几何条件 146
8.4.2单站MIMO雷达去耦合方位估计的天线几何条件 148
8.5仿真分析 149
8.6本章小结 154
第9章 最优MIMO雷达测向天线几何设计 156
9.1引言 156
9.2信号模型和目标参数的克拉默拉奥下界 157
9.3天线配置区域限制的天线几何设计 158
9.3.1各向同性天线几何设计 158
9.3.2具有先验优先方向的天线几何设计 160
9.4仿真分析 164
9.4.1无先验方向参数的天线几何设计 165
9.4.2具有先验方向参数的天线几何设计 166
9.5本章小结 168
第10章 基于信息理论的MIMO雷达系统策略初探 169
10.1引言 169
10.2数学模型 170
10.3系统设计准则 171
10.4仿真分析 174
10.5本章小结 177
第11章 分布式MIMO雷达目标定位性能分析 178
11.1引言 178
11.2目标位置的最大似然估计 178
11.2.1信号模型 178
11.2.2最大似然估计 180
11.2.3 Fisher信息矩阵和克拉默一拉奥下限 184
11.3 目标定位对雷达位置误差的敏感性分析 185
11.3.1存在雷达位置误差时的一阶近似 186
11.3.2 存在雷达位置误差时的CRLB分析 188
11.4仿真结果和分析 189
11.5本章小结 193
第12章 分布式MIMO雷达单目标定位方法 194
12.1引言 194
12.2问题描述 195
12.3线性化定位方法 196
12.4半正定松弛定位方法 199
12.4.1 无雷达位置误差时的SDP目标定位方法 200
12.4.2存在雷达位置误差时的SDP目标定位方法 203
12.5仿真结果及分析 206
12.5.1仿真参数设置 206
12.5.2无雷达位置误差时的定位性能 206
12.5.3存在雷达位置误差时的定位性能 208
12.6本章小结 208
第13章 基于稀疏重构的多目标定位方法 209
13.1引言 209
13.2回波信号模型 211
13.3信号的稀疏表示 212
13.3.1空间离散化 212
13.3.2信号稀疏表示 213
13.3.3压缩感知 215
13.3.4词典矩阵的相干性度量 215
13.4块稀疏信号的重构算法 216
13.4.1块匹配追踪算法 217
13.4.2凸优化算法 218
13.4.3蛱稀疏贝叶斯学习算法 218
13.4.4仿真结果和分析 223
13.5存在相位误差时的稀疏重构方法 232
13.5.1回波信号模型 232
13.5.2迭代块稀疏贝叶斯学习最大似然估计 233
13.5.3仿真结果和分析 236
13.6本章小结 237
第14章分布式MIMO雷达目标定位的资源优化管理 238
14.1引言 238
14.2回波信号模型 239
14.3随机可观测性 240
14.3.1观测模型 241
14.3.2 贝叶斯费歇尔信息矩阵 241
14.4平均功率分配 244
14.5基于合作博弈理论的最优功率分配 245
14.5.1问题建模 245
14.5.2合作博弈理论 246
14.5.3最优功率分配算法 250
14.6仿真结果及分析 253
14.6.1雷达布局和参数设置 253
14.6.2平均功率分配 253
14.6.3最优功率分配 254
14.7本章小结 258
第15章 基于混沌理论的MIMO雷达正交波形分析 259
15.1引言 259
15.2引言混沌频率调制信号 260
15.2.1信号模型 260
15.2.2统计特性 262
15.2.3性能分析 269
15.3混沌离散频率编码信号 276
15.3.1信号编码方案 276
15.3.2性能分析 278
15.3.3数值仿真与结果讨论 282
15.4混沌频率随机步进信号 286
15.4.1信号模型 286
15.4.2回波信号处理 288
15.4.3仿真分析 289
15.4.4小结 293
15.5本章小结 293
第16章 基于混沌理论的MIMO雷达正交波形设计技术 294
16.1引言 294
16.2混沌正交信号编码准则 295
16.2.1混沌正交离散频率编码信号产生与正交性评价 295
16.2.2混沌选择与编码准则 297
16.2.3仿真实验与结果 300
16.2.4实验结果与讨论 305
16.3基于混沌抽样理论的正交信号设计方法 306
16.3.1函数Xn,=p(OTz”)的属性 306
16.3.2 r一阶相关特性 309
16.3.3仿真实验 313
16.4混沌行为保留准则 318
16.4.1混沌调频信号混沌行为不确定性与保留 318
16.4.2混沌相位编码信号初值敏感度 320
16.4.3仿真实验 321
16.5本章小结 324
第17章 基于混沌理论的MIMO雷达正交波形优化技术 325
17.1引言 325
17.2速度、加速度容忍MIMO雷达正交多相编码联合优化， 326
17.2.1多相编码信号模型 326
17.2.2速度与加速度敏感优化问题 327
17.2.3基于自适应混沌克隆选择算法优化编码求解 330
17.2.4数值仿真与结果分析 335
17.2.5小结 337
17.3基于互补编码技术混沌正交多相编码波形自相关旁瓣抑制方法338
17.3.1混沌相位编码模型与问题描述 338
17.3.2亘补编码发射技术 341
17.4多重假设检验自适应多普勒扩容技术 343
17.5仿真实验 346
17.6本章小结 350
附录A 引理3.1的证明 352
附录B 定理3.1的证明 357
附录C 引理5.2的证明 360
附录D 引理5.3的证明 362
附录E似然函数的二阶导数计算 365
附录F 式(7.38)的推导- 371
附录G式(7.39)的推导- 372
附录H式(7.43)的推导- 373
附录I 式(7.47)的推导 374
附录J 式(7.49)的推导 376
附录K基于空时可分性信号模型的克拉默一拉奥下界 378
附录L 信号模型假设的推导 384
附录M 式(8.8)的推导 385
附录N 零化的Fisher信息矩阵次对角元素是最佳方位估计必要条件的说明 387
附录O 定理8.1的证明 388
附录P 定理8.2的证明 392
附录Q 定理9.1的证明 394
参考文献 397
索引 425
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