Computationally Efficient Algorithms for Radar Signal Design in Spectrally Busy Environment

Abstract

In this thesis the problem of designing radar transmitter waveforms in a spectrally busy environment is considered. Spectrally busy environment is an environment where radar operates in a congested frequency spectrum with other radiators. Both single waveform design and multiple waveforms design problems are considered.

The solution algorithms for the design problems are based on Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM) algorithm alongside computationally efficient projection techniques. Solution algorithms are verified to run on quadratic (i.e., O(N2), where N is the problem dimension) or cubic (i.e., O(N3)) time complexities by time complexity graphs. Solution algorithms are also tested with example environment simulations.

The quality of designed transmitter waveforms are assessed with signal-tointerference-plus-noise ratio (SINR) and ambiguity function figures. According to these figures designed waveforms have adequate SINR while ambiguity functions have small Doppler leakages and sharp autocorrelation functions.

Tässä työssä analysoidaan tutkasignaalien suunnittelua ruuhkaisissa taajuusalueissa. Ruuhkainen taajuusalue sisältää useita säteilijöitä, jotka käyttävät samoja taajuusalueita tutkajärjestelmän kanssa. Tässä työssä käsitellään sekä yhden tutkasignaalin että useiden tutkasignaalien suunnittelu-ongelmia.

Kehitetyt algoritmit pohjautuvat ADMM-algoritmiin ja laskennallisesti tehokkaisiin projisointi-menetelmiin. Algoritmien aikakompleksisuus on välillä O(N^2)-O(N^3), missä N on ongelman dimensio. Algoritmeja käytetään esimerkki ympäristö -simulaatioissa.

Suunniteltujen lähetinsignaalien laatu määritellään signaalien SINR arvon ja ambiguity-funktion perusteella. Näiden perusteella suunnitelluilla signaaleilla on riittävät SINR-arvot sekä pienet Doppler-vuodot, ja terävät autokorrelaatio-funktiot.