《MIMO雷达认知波形设计理论与方法》

开启雷达感知智能化新篇章

作者:刘小琳 来源:中国新闻出版广电报 时间:2025-06-16

  在雷达技术不断演进的历程中,多输入多输出(MIMO)雷达的出现标志着一次重要的范式转变,它赋予了雷达系统前所未有的空间自由度与信息获取能力。而认知雷达概念的兴起,则代表着雷达感知方式向智能化、自适应迈进的深刻变革。

  电子工业出版社于2025年初推出的重点学术著作《MIMO雷达认知波形设计理论与方法》(电子工业出版社),正是这一前沿交叉领域的系统性研究成果,这本书为我们揭示了如何赋予MIMO雷达“思考”与“适应”能力的关键理论与关键技术。

  这部专著的核心关切在于:如何使MIMO雷达的发射波形不再是固定预设的,而是能够动态地、智能地响应瞬息万变的环境与任务需求?它将“认知”这一源于生物智能的概念严谨地引入雷达工程领域。认知雷达的精髓在于其构建了一个闭环的信息处理流程:感知环境(接收端信号处理)、理解环境(信息提取与特征识别)、作出决策(基于目标和干扰信息、任务需求以及资源约束进行优化)、执行行动(生成并发射最优波形)、接收反馈(再次感知环境变化),并持续循环迭代。在这个闭环中,波形设计不再孤立,而是整个认知循环中最具主动性与适应性的关键环节。

  这本书深入探讨了MIMO雷达认知波形设计的理论基础与方法架构,系统地阐述了认知闭环的构建原理、环境感知与知识库构建、优化目标与约束建模、核心优化理论与算法、实时性与可实现性考量。

  认知闭环的构建原理,即如何将环境感知、目标信息提取、先验知识利用、优化决策与波形生成紧密耦合,形成一个高效的自适应环路。环境感知与知识库构建探讨了在复杂电磁干扰、杂波背景下,如何有效感知和理解环境特性,并将这些信息转化为可供波形优化利用的先验知识。优化目标与约束建模详细分析了不同雷达任务(如探测、跟踪、识别、成像)对波形性能的不同需求(如分辨率、旁瓣抑制、互相关性能、抗干扰性),以及实际系统面临的能量、频谱、硬件复杂度等约束条件,如何将这些需求与约束形式化为严谨的数学优化问题。核心优化理论与算法重点介绍了适用于MIMO雷达认知波形设计的各类优化方法。例如,增强MIMO雷达目标检测性能的最大化检测概率、衡量MIMO雷达目标参数估计性能的最小化克拉美-罗界、提升MIMO雷达信号分辨率等能力的最小化加权积分旁瓣电平等准则。此外,还深入剖析了它们在解决特定波形设计问题时的效能与适用性边界。书中特别关注了如何利用MIMO雷达特有的波形分集增益和空间自由度来实现更优的性能。在追求性能最优的同时,本书也并未忽视工程应用的现实挑战,探讨了算法复杂度、实时性要求与硬件实现潜力之间的平衡策略。

  本书的价值在于它超越了单纯的技术罗列,清晰地勾勒出了认知波形设计作为一套完整的方法论体系,其核心思想在于赋予雷达系统一种与环境持续对话、共同演进的能力。雷达发射的电磁波,不再只是单向的询问信号,而是在优化的指导下,主动适应环境的“智能探针”。这种适应性的高低,直接决定了雷达在复杂、对抗性环境下的生存能力和感知效能。书中严谨的理论推导和深入的方法分析,为这种“智能”的实现提供了坚实的科学依据和可行的技术路径。

  本书出版的意义还在于,它引领着雷达感知方式向更高层次的智能化发展,它回应了现代战场、民用空域、复杂城市环境中对传感器提出的日益严苛的要求:不仅要“看得见”,更要“看得清”“辨得明”,并且能在干扰和欺骗中保持“清醒”。认知波形设计是实现智能雷达感知宏大目标的关键技术支柱之一。