随着军事技术的发展,雷达面临的战场电磁环境日益复杂,人们期望雷达具有多模式、多目标和多任务的实时处理能力,以实现适应复杂战场环境,提高探测作战效能的目标。传统雷达具有的自适应信号处理技术大多在接收端进行,为了尽可能满足现代雷达的需求,进一步提升系统的灵活性和性能,需要充分挖掘发射端可利用的自由度。目前雷达在发射端设计面临的主要问题有工作模式单一、对目标和环境的自适应能力有待提高、先验信息的利用不够充分、发射资源的分配不够灵活和发射波形优化实时性不高。研究以上问题对提高系统对目标和环境适应能力具有重要意义。本文将基于先验信息,从方向图设计的实时性、方向图对误差稳健性以及发射端阵列结构优化等方面进行了研究。本文主要工作及创新可总结如下:1.针对发射方向图设计的实时性问题,研究了在信号依赖旁瓣干扰存在下MIMO雷达快速发射方向图设计。首先分别提出了基于近似旁瓣相消(SLC)和广义旁瓣相消(GSC)的快速发射方向图设计方法,这两种方法将接收端旁瓣相消的思想用于发射权向量设计,能够在保证发射方向图性能的前提下,实时产生发射权。然后,在同时多波束应用场景中,结合基波束的思想,提出了一种针对旁瓣干扰置零的同时多波束MIMO雷达快速发射方向图设计方法。该方法中每个子脉冲只有一个波束,根据决策系统对各波束发射功率的要求,在子脉冲维实现波束能量分配。子脉冲波形设计中利用近似旁瓣相消(SLC)和广义旁瓣相消(GSC)方法,实现快速波形合成。仿真实验表明具有实时性和波束能量可精确调节的优势。2.研究了阵列幅相误差存在时,稳健发射方向图设计问题。首先针对发射端干扰置零问题,分析了阵列幅相误差对发射方向图主瓣和凹口电平的影响。然后,针对信号依赖式旁瓣干扰抑制问题,提出了一种基于先验信息的稳健发射方向图设计方法。假设在相邻两次观测中,干扰信息和发射阵列的幅相误差近似不变的条件下。首先根据前一时刻阵列发射正交MIMO波形获取干扰信息的回波数据,接着进行发射和接收幅相误差解耦合,然后构造只包含发射阵列幅相误差的干扰和噪声信息矩阵,最后以最大化信干噪比准则,设计稳健发射方向图的发射信号相关矩阵。3.研究了基于子阵划分的MIMO雷达发射方向图设计。首先介绍了几种常规的子阵划分方法。接着,考虑单目标跟踪情况下的子阵划分问题,提出了一种基于先验信息的联合发射波形和子阵划分的单波束MIMO雷达发射方向图设计方法。通过最大化信干噪比,交替优化设计下一时刻的发射波形及阵列结构,以实现在发射干扰置零。该方法能在保证方向图性能的前提下,减少需要优化的波形数目。然后,考虑多目标跟踪场景,在给定均匀交迭子阵结构的条件下,介绍了一种基于均匀交迭子阵结构的MIMO雷达多波束发射方向图设计方法。该方法基于Phased-MIMO思想,可以在子阵维实现快速生成多波束方向图。最后,假设子阵间非邻接且子阵间阵元不复用,介绍了一种子阵结构与发射权联合优化的MIMO雷达多波束发射方向图设计方法。按照波束优化优先级,以每个子阵的信干噪比满足信干噪比门限为准则,将各子阵结构与对应的子阵发射权都作为待优化变量,联合优化设计MIMO雷达多波束发射方向图。4.针对机载平台非均匀杂波背景旁瓣杂波抑制问题,研究了基于先验信息的机载MIMO雷达发射方向图设计。首先提出了一种基于杂波和目标空时二维先验信息的机载MIMO雷达发射方向图设计方法。该方法根据当前的杂波环境,在前一时刻发射正交MIMO波形,利用了上一次相干处理间隔(Coherent Processing Interval,CPI)内杂波和目标的先验空时二维回波数据,以最大化空时匹配滤波输出信杂噪比为准则优化设计发射方向图,实现旁瓣强杂波抑制,提高输出信号的信杂噪比。然后,考虑到杂波信息实时获取和更新问题,又提出了一种子阵划分算法和最优探测子阵发射方向图设计方法。该方法将阵列分为感知子阵和探测子阵,感知子阵实时地获取和更新的杂波信息,感知子阵获取数据作为先验信息用于探测子阵的最优发射波形设计,从而实现实时地感知探测。