【摘 要】
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随着电子信息技术的迅速发展,人们对雷达、通信、导航等电子设备的需求量和使用量都大大提升,各类型电磁信号在空间中密集交叠使得电磁环境变得空前复杂。对于雷达系统而言,复杂的电磁环境意味着种类和数目繁多的干扰,以及与其他系统工作频段严重重叠等问题,极大地制约了其工作性能。而随着多输入多输出（MIMO）雷达概念的提出和发展,利用发射端分集优势,通过波形设计的手段来提升复杂电磁环境中雷达的工作性能成为了当前
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随着电子信息技术的迅速发展,人们对雷达、通信、导航等电子设备的需求量和使用量都大大提升,各类型电磁信号在空间中密集交叠使得电磁环境变得空前复杂。对于雷达系统而言,复杂的电磁环境意味着种类和数目繁多的干扰,以及与其他系统工作频段严重重叠等问题,极大地制约了其工作性能。而随着多输入多输出（MIMO）雷达概念的提出和发展,利用发射端分集优势,通过波形设计的手段来提升复杂电磁环境中雷达的工作性能成为了当前研究的一大热点。本论文首先根据电磁环境中干扰的类型,分别探讨了基于空域抑制、时域抑制以及空-频域联合抑制的MIMO雷达波形设计方法。而后,针对通信系统造成的电磁干扰和频带拥堵问题,探讨了两种基于‘合作与共存’思想的波形设计方法,即雷达-通信系统联合设计和雷达-通信一体化波形设计。本论文的主要内容和创新点总结如下。1.针对电磁环境中存在信号相关干扰的场景,提出了一种基于序列优化（SO）算法和半正定规划（SDP）的多任务MIMO雷达收发端联合设计方法,使雷达可同时执行搜索和跟踪任务。该方法最大化发射波形分配在搜索空域内的能量,并要求对已知目标的接收信干噪比（SINR）不低于给定阈值。因此,可以提高雷达对搜索区域内潜在目标的检测概率,并能够有效抑制干扰从而保证对已知目标的跟踪性能。2.针对电磁环境中存在信号无关干扰的场景,提出了两种基于MM算法的抗干扰MIMO雷达波形设计方法。该方法以接收端采用最优干扰抑制时域滤波器为前提,最大化滤波器的输出SINR并优化滤波器与波形之间的相关性能。因此,可以在提升干扰抑制性能的同时,减小不同波形通道和不同距离单元回波之间的相互影响,提升雷达的目标检测性能。3.针对电磁环境中同时存在信号相关和信号无关干扰的场景,提出了两种基于交替方向乘子（ADMM）的谱兼容MIMO雷达波形设计方法。该方法通过最小化波形在干扰所处空-频段内的能量分布,有效地降低了两种类型干扰对雷达工作的影响;并通过对波形的自/互相关积分旁瓣电平（ISL）的约束,优化了接收端匹配滤波后各波形通道的分离性和脉压特性。4.针对通信系统对雷达系统造成电磁干扰的场景,基于块连续下界最大化（BSLM）和ADMM算法提出了一种MIMO雷达与多用户MIMO通信系统间联合设计方法。该方法同时设计雷达的发射波形,通信基站端的混合发射波束形成矩阵和用户端的全数字接收波束形成矩阵。通过最大化雷达接收回波与目标响应矩阵之间互信息量优化了雷达系统目标探测性能;通过对通信用户的接收SINR施加约束保证了通信系统的服务质量。5.针对通信系统大量占用频带资源,造成雷达的工作频段拥堵、可用频谱资源紧张的问题,考虑以雷达-通信双功能（DFRC）系统作为解决方案,并基于块连续上界最小化（BSUM）算法为DFRC系统提出了一种雷达-通信一体化波形设计方法。具体地,通过最小化发射波束模板匹配误差使得设计波形拥有适用于目标探测的方向图;通过最小化通信的多用户干扰,使得设计波形也具有良好的下行通信性能。
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