多维空间信息获取的理论研究

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通信是一种信息传输系统,而雷达是一种典型的信息获取系统。随着雷达与通信系统融合程度的不断加深,越来越多的学者关注能否采用一种通用的理论方法来对信息的获取和传输过程进行统一的描述与刻画。本文以香农信息论为基础,为多维参数组成的目标空间状态提供了多维空间信息的定义。研究了相控阵雷达、多脉冲雷达与合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)中多维空间信息获取的过程,为雷达探测目标距离、方向、散射、多普勒频移参数的空间信息提供了严谨的定量描述,从信息论的角度揭示了探测过程中各维度参数之间的相互作用,并基于获取的多维空间信息拓展了熵误差(Entropy Error,EE)的概念,为雷达系统的设计者提供指导意义。本文首先在相控阵雷达系统中针对恒模散射目标及复高斯散射目标分别推导了距离-方向信息和散射信息理论表达式,并得到距离-方向信息在高信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)条件下的近似上界。结果表明,当系统模型满足时空可分离结构时,距离信息与方向信息是相互独立的。其次在多脉冲雷达系统中,针对恒模散射目标情形推导了距离-多普勒信息的理论表达式,并进一步求解出其在高SNR时的近似上界。在给定目标位置条件下,推导了多普勒散射信息的理论公式,结果表明,多普勒散射信息仅取决于散射信号相关矩阵的特征值,且当脉冲间隔远大于散射信号相干时间时,多普勒散射信息与香农信道容量公式具有相同的形式,揭示了雷达和通信在本质上的关联。另外,本文还针对合成孔径雷达系统中恒模散射目标情形推导了距离-方向信息的理论表达式,并得到距离-方向信息在高信噪比条件下的近似上界。本文基于获取的多维空间信息推广了熵误差的概念,为多维参数估计问题提供了一种更为合理、简洁的指标。进一步探究了EE与克拉美罗界(Cramér-Rao Bound,CRB)之间的关系。分析结果表明,在高SNR条件下,EE将逼近克拉美罗矩阵的行列式值。
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