Synthesis of probing waveforms satisfying spectro-temporal constraints

Abstract

Bu tez çalışmasında zamansal ilinti ve spektral sönümleme bandı kısıtlarını sağlayan radar gönderim sinyallerinin optimal olarak sentezlenmesi için çeşitli algoritmalar önerilmiştir. Özel olarak bu tezin ilgilendiği diziler ise bir birimsel sabit genlikli dizilerdir. Literatürdeki çalışmalar, dizilerin öz ilinti fonksiyonunun tümleşik yankulak seviyesi (TYS) ve ağırlıklandırılmış tümleşik yankulak seviyesi (ATYS) gibi performans metriklerini eniyilemek üzerine yoğunlaşmıştır. Bununla birlikte, belirli frekanslardan kaçınmak için gönderilen dalga biçiminin spektrumunun uyarlanabilmesi bilişsel radarların istenilen özelliklerinden birisidir. Bu nedenle, düşük TYS veya ATYS değerlerine sahipken aynı zamanda bir takım spektral kısıtları da sağlayan diziler tasarlamak için bazı algoritmalar literatürde önerilmiştir. Bu tez çalışmasında, ilk olarak, TYS değerini frekans boyutunda eniyileyerek bir dizi tasarlamak için genetik algoritma (GA) kullanılmıştır. İkinci olarak, büyüklük enküçültmesi (BE) metodunu kullanarak frekans boyutunda ATYS'yi doğrudan eniyilemek için FWISL isimli yeni bir algoritma önerilmiştir. Bu algoritma ATYS'yi eniyileyen BE metodunun frekans boyutundaki ilk uygulamasıdır. Üçüncü olarak, belirli spektral bantlardaki gücü sönümlenmiş ve aynı zamanda düşük özilinti yankulak seviyesine sahip bir birimsel sabit genlikli diziler üretmek için, TYS veya ATYS'yi büyüklük enküçültmesi metodunu kullanarak doğrudan eniyileyen SMISLN (stopband MISL-New), SWPISL (stopband WPISL), SMWISL (stopband MWISL), ve SFWISL (stopband FWISL) isminde dört yeni algoritma önerilmiştir. Sayısal örnekler önerilen metotların hesaplama süresi bakımından literatürde halihazırda var olan algoritmalardan üstün olduklarını, daha az özyineleme sayısı ile yakınsadıklarını ve sönümleme bantlarında daha iyi bastırma sağladıklarını göstermiştir.

In this thesis, several algorithms are proposed for designing radar transmit sequences satisfying temporal correlation and spectral stopband constraints. Unimodular constant modulus sequences are specifically focused on.Studies in the literature have been mostly interested in minimizing certain performance metrics such as integrated sidelobe level (ISL) and weighted integrated sidelobe level (WISL). Additionally, shaping the spectrum of the transmit waveform to avoid certain frequencies is one of the desired tasks in cognitive radars. Therefore, various algorithms have been proposed in the literature for designing sequences having low ISL or WISL values and, at the same time, satisfying some spectral constraints. In this thesis, we first utilize the genetic algorithm (GA) for designing a sequence by minimizing ISL in the frequency domain. Secondly, a new algorithm called FWISL (frequency domain WISL) is proposed to design unimodular sequences utilizing the majorization minimization (MM) method for directly minimizing the WISL metric in the frequency domain. FWISL is the first frequency domain employment of the MM method for minimizing WISL.Thirdly, we develop four more algorithms, named SMISLN (stopband MISL-new), SWPISL (stopband WPISL), SMWISL (stopband MWISL), and SFWISL (stopband FWISL), by directly minimizing ISL or WISL using the MM method in order to design unimodular sequences with suppressed power in arbitrary spectral bands and, at the same time, possessing reduced autocorrelation sidelobes. Numerical examples show that our newly proposed methods outperform some already existing methods in the literature with regard to computation time, converge in less number of iterations, and achieve better suppression in stopbands.