Skip to main content
SUPERVISOR
آگوستو اوبری (استاد مشاور) محمد مهدی نقش (استاد مشاور) سیدمحمود مدرس هاشمی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Alaeekerahroodi
محمد علائی کرهرودی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391

TITLE

Radar Waveform Design with Sidelobes Reduction Approach and Improvement of Detection Performance
Waveform design has been subject of interest from the past years till today in different scientific departments. In the past years, it was a believe that transmitting of a signal with high time-bandwidth product, will provide a better system performance. Accordingly, different waveforms with this characteristic have been proposed and are highly in attention. However, the time illustrated that there are many different criteria to design a ``good" waveform. In radar systems, auto-correlation function usually is a tool to analyze the goodness of a designed waveform. The merit of the auto-correlation function of a waveform is in line with small out-of-phase correlation values. Indeed the sequences with low Peak Sidelobe Level (PSL) and small Integrated Sidelobe Level (ISL) are desirable. Considering the researches of waveform design with small sidelobes form the past years till now, illustrates that there is a gap for PSL minimization in Single Input Single Output (SISO) radar systems. In the other word, in the previous works, direct minimization of the PSL metic for designing of sequences from the small alphabets is not considered in the literature. In this dissertation the problem of waveform design is considered as a weighted function of PSL and ISL for SISO radar systems. Then, with insight of the Coordinate Descent (CD) approach, an iterative method for designing sequences with small auto-correlation sidelobes is proposed considering the constraints of constant amplitude and continuous/discrete phases. To tackle the Np-hard non-convex design problem for the case of continuous phase sequences, the solution of a min-max optimization problem is obtained via the bisection algorithm in each iteration of the proposed algorithm. Besides, for discrete phase design problem, a fast search method based on Fast Fourier Transform (FFT) is proposed in this thesis. Minimization of p-norm auto-correlation sidelobes to provide sequences with small PSL, is another achievement of the in hand dissertation in the field of SISO radar systems. In this case, instead of direct minimization of the PSL, we minimize the p-norm of the auto-correlation sidelobes of sequences setting p very large values. It is worth noting that setting p equal to infinity for the p-norm of auto-correlation sidelobes leads to the problem of PSL minimization while by setting = 2 we take into the account the ISL minimization problem. In the field of Multi Input Multi Output (MIMO) radar systems, we have designed set of binary sequences with small auto- and cross-correlation sidelobes. In this case, again a weighted function of PSL and ISL is considered in this dissertation. Then, by using a two-step CD approach, the problem in hand is resorted to a problem for designing a vector in the first step and designing a scalar in the second step. In each iteration of the second step, a fast approach based on FFT is proposed to tackle the design problem. With the aim of the proposed approach, a set of good binary sequences appropriate for MIMO radar systems is obtained in this dissertation. In the other hand, the problem of waveform design to improve the detection performance with known Doppler and in presence of clutter is considered in this paper. In this regard, using the Majorization-Minimization (MM) algorithm, a method is proposed to improve the detection performance of radar systems.
طراحی شکل موج در رادار از گذشته تاکنون مورد بحث در مجامع مختلف علمی بوده است. در گذشته تصور می‌شد ارسال یک سیگنال با حاصلضرب زمان-پهنای باند زیاد می‌تواند در حالت کلی باعث بهبود کارایی سیستم گردد. به همین دلیل شکل موج های مختلفی که دارای این ویژگی بودند، بسیار مورد توجه قرار گرفتند. با این حال، گذشت زمان نشان داد که معیارهای مختلفی برای خوب بودن یک شکل موج مطرح می‌باشد. در سیستم‌های راداری، همواره تابع خودهمبستگی به عنوان ابزاری جهت بررسی میزان خوبی یک شکل موج در نظر گرفته می‌شود. معیار خوبی تابع خودهمبستگی، معمولاً به کوچک بودن مقادیر این تابع در تأخیرهای غیرصفر مربوط می‌شود. لذا کدهایی مورد پسند هستند که دارای ماکزیمم لوب جانبی (PSL) کم و جمع لوبهای جانبی ISL کوچک در تابع خودهمبستگی باشند. بررسی تحقیقات گسترده انجام شده در زمینه طراحی شکل موج با رویکرد کاهش لوبهای جانبی از دیرباز تاکنون، نشان از یک خلأ اساسی در حوزه رادارهای تک ورودی-تک خروجی (SISO) به هنگام می نیمم سازی PSL دارد. به بیان دیگر، در کارهای انجام شده، حل مستقیم مسئله مینمم سازی PSL در حالتی که خانواده کدها از الفبایی محدود انتخاب شوند، درنظر گرفته نشده است. در این رساله، در حوزه رادارهای SISO مسئله طراحی شکل موج، به صورت می‌نیمم سازی یک تابع وزن دار از PSL و ISL بازنویسی شده است. سپس مسئله برای کدهای دارای دامنه ثابت، در دو حالت فاز پیوسته و گسسته با استفاده از روشی پیشنهادی بر اساس الگوریتم CD به صورت Iterative حل گردیده است. به منظور حل مسئله غیرمحدب و Np-Hard مطرح شده در حالت فاز پیوسته، در هر مرحله از الگوریتم CD، پاسخ یک مسئله بهینه سازی min-max با استفاده از روشی مبتنی بر الگوریتم Bisection به دست آمده است. همچنین با هدف طراحی کدهای دامنه ثابت دارای فاز گسسته، یک روش جستجوی سریع مبتنی بر الگوریتم تبدیل فوریه سریع (FFT) پیشنهاد شده است. دستاورد دیگر این پژوهش در حوزه رادارهای SISO، ارائه یک روش تقریبی می‌نیمم سازی PSL مبتنی بر می‌نیمم‌سازی نرم-p به منظور طراحی کد با لوبهای جانبی کوچک می‌باشد. در این حالت به جای می‌نیمم‌سازی مستقیم PSL نرم-p لوبهای جانبی تابع خودهمبستگی می‌نیمم شده است. شایان ذکر است با قراردادن p برابر بی­نهایت در مسئله می‌نیمم سازی نرم-p لوبهای جانبی تابع خودهمبستگی، با مسئله می‌نیمم سازی PSL و با قراردادن p = 2 با مسئله می‌نیمم سازی ISL روبرو خواهیم بود. همچنین در این رساله و در حوزه رادارهای چندورودی-چندخروجی (MIMO)، طراحی مجموعه‌ای از کدهای باینری دارای توابع خودهمبستگی و همبستگی متقابل متناوب و یا غیرمتناوب خوب مدنظر قرار گرفته است. به این منظور، تابعی وزن‌دهی شده از PSL و ISL جهت می‌نیمم‌سازی درنظر گرفته شده است. سپس با استفاده از تکنیک CD دو مرحله‌ای، مسئله طرح شده به طراحی یک بردار کد در گام اول و سپس به طراحی یک درایه از آن بردار در گام دوم منجر می‌شود. در هر مرحله از گام دوم، روشی سریع مبتنی بر FFT به منظور طراحی کد پیشنهاد شده است. با استفاده از روش پیشنهادی، مجموعه‌ای از کدهای باینری خوب قابل استفاده در رادارهای MIMO حاصل گردیده است. از طرف دیگر، در زمینه رادارهای MIMO مسئله طراحی شکل موج با رویکرد آشکارسازی با فرض داپلر معلوم و در نظر گرفتن اثر کلاتر نیز مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در این راستا، با استفاده از الگوریتم MM روشی به منظور طراحی شکل موج با رویکرد بهبود کارایی رادار از دیدگاه آشکارساز پیشنهاد شده است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی