传统雷达在应对复杂战场环境、执行多任务方面的能力比较有限,如何有效提高雷达系统的多功能与智能化程度,是当前亟待解决的问题之一。随着军事科技的飞速发展,先后涌现出知识辅助的智能雷达信号处理技术以及多通道雷达的概念,对于提升雷达系统在复杂多变战场环境下的性能具有重要促进作用。鉴于此,本文立足于知识辅助的MIMO雷达系统,充分挖掘利用雷达工作环境的多元化知识信息,深入研究了MIMO雷达用于发射方向图合成的波形设计、电磁冲突抑制的稀疏频谱波形设计以及杂波环境下提高目标检测性能的波形设计问题,力求满足现代雷达系统对多功能、智能化的需求。主要工作包括:1.为实现MIMO雷达定向照射的任务,使电磁能量有效集中于感兴趣的空域范围,在将目标粗略方位作为辅助知识的条件下,针对已有窄带MIMO雷达发射方向图合成算法旁瓣较高的问题,提出一种基于旁瓣抑制策略的发射方向图合成算法。首先,利用波束域加权的发射信号模型,建立抑制方向图旁瓣的优化问题。由于优化问题中的恒模约束条件为非凸,使所提策略为非凸优化,采用半正定松弛技术将非凸优化模型转化为凸优化。然后,根据波束加权矩阵的对偶特性保证接收信号满足旋转不变性,通过高斯随机化方法求解波束加权矩阵,从而得到原优化模型的解。最后,在接收端使用ESPRIT方法对目标到达角进行估计,并给出到达角估计的克拉美罗界。仿真结果表明,该算法能够保持期望的主瓣形状并有效降低方向图旁瓣,提高对目标参数估计的精度与分辨率。2.宽带雷达信号具有信息含量大、高分辨的优势,但现有宽带发射方向图合成方法存在频率一致性较差的现象。为此,提出一种基于共轭梯度法的宽带MIMO雷达发射方向图合成算法。首先,通过发射信号的互谱密度矩阵构造方向图匹配准则,以各阵元发射功率相等为约束条件,建立宽带发射方向图优化模型。然后,依据多维球坐标映射方法消去模型中的约束条件,将带约束优化问题转化为无约束优化。最后,采用共轭梯度法对模型迭代求解。仿真结果表明,该算法能降低主瓣和旁瓣的波动幅度,有效改善方向图的频率一致性,较已有算法有更好的宽带发射方向图合成性能。3.为实现MIMO雷达避让电磁冲突的任务,使工作于拥塞频段的MIMO雷达可与其它无线电设备互不干扰地正常工作,提出一种基于循环迭代的稀疏频谱正交波形设计算法。为感知拥塞频段的频谱知识信息,首先给出一种基于实值Root-MUSIC的干扰信号功率谱估计方法,有效解决了频谱先验知识的获取问题。据此,将发射波形期望频谱矩阵作为待优化的辅助变量,通过最小化发射频谱与期望频谱之间的均方误差与各阵元发射信号的积分旁瓣能量,以期望频谱幅度满足上、下界约束为限制条件建立恒模波形优化模型。然后,为提高运算效率,在循环迭代的算法框架下,利用快速傅里叶变换及谱分解技术对模型求解。仿真结果表明,该算法优化波形的频谱陷波性能较好,可有效避开电磁冲突频段,同时还能保证各阵元发射波形有较低的自相关旁瓣与互相关性。4.为实现抑制杂波干扰的任务,提高集中式MIMO雷达在杂波环境下的检测性能,在将目标和杂波的方位、散射幅度作为辅助知识的条件下,提出一种基于信杂噪比准则的MIMO雷达波形设计算法。首先,以最大化系统输出信杂噪比为目标函数,在使发射波形满足恒模约束的基础上,施加波形与具备较好脉压特性雷达波形(参考波形)之间的相似性约束,建立有限相位发射波形与接收滤波权值的联合优化模型。然后,利用交替迭代的思想,将优化问题划分为两个子优化问题,并分别采用拉格朗日乘子法、半正定松弛技术对子问题求解,得到发射波形与接收滤波权值的联合优化结果。仿真结果表明,该算法有较高的系统输出信杂噪比,提高了雷达对目标的检测概率,同时还能兼顾接收端的脉冲压缩特性。5.为提高分布式MIMO雷达在杂波环境下的检测性能,利用杂波环境的二阶协方差统计量作为辅助知识,提出一种基于Kullback-Leibler(KL)散度准则的波形设计算法。首先,利用杂波与色噪声干扰下的系统信号模型,根据信息论中Stein定理所阐述检测概率、虚警概率与相对熵之间的渐近关系,考虑在雷达发射总功率一定的约束条件下,以KL散度为目标函数建立优化模型。然后,在对目标、杂波及噪声响应协方差矩阵进行特征值分解的基础上,通过优化过程推导得到最优检测波形的闭式解。仿真结果表明,在杂波及高斯色噪声背景下,该算法能够有效抑制环境干扰,改善分布式MIMO雷达的检测性能,且在协方差统计知识存在误差时具有一定鲁棒性。