分布式MIMO雷达正交宽主瓣相位编码信号设计方法技术

本发明专利技术属于雷达技术领域，公开了一种分布式MIMO雷达正交宽主瓣相位编码信号设计方法，在保持正交宽主瓣相位编码信号带宽不变的条件下，能够获得低的自相关峰值旁瓣电平和峰值互相关电平；包括：确定正交宽主瓣相位编码信号中子相位编码信号的个数，每个子相位编码信号的码元长度，以及每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量；根据正交宽主瓣相位编码信号中子相位编码信号的个数，每个子相位编码信号的码元长度，以及每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量，构造关于正交宽主瓣相位编码信号的目标函数；求解关于正交宽主瓣相位编码信号的目标函数，得到正交宽主瓣相位编码信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达
，尤其涉及一种分布式MIMO雷达正交宽主瓣相位编码信号设计方法，具体的说是一种基于匹配滤波的分布式MIMO雷达正交宽主瓣相位编码信号设计方法，用于进一步降低自相关峰值旁瓣电平和峰值互相关电平。
技术介绍
对于下一代雷达系统来说，MIMO(multiple-input multiple-out)雷达是一种非常有应用前景的雷达类型。MIMO雷达与相控阵雷达最大的不同是，MIMO雷达允许不同天线发射不同的信号，而相控阵雷达只能发射相同的信号。由于增加了发射信号的多样性，MIMO雷达可以获得更高的空间分辨率和更好的检测性能。根据发射天线之间的距离，MIMO雷达被分为两种类型，一种是集中式MIMO雷达，另一种是分布式MIMO雷达。然而，对于分布式MIMO雷达，如果发射信号完全不相关，就能保证不同目标回波的相互干扰较小，从而可以很顺利地从目标回波中提取独立的目标信息。但是对于现实中的雷达系统，完全正交的信号是几乎不可能实现的。因此，通常我们尽可能的去降低信号的自相关峰值旁瓣电平(APSL)和不同信号之间的峰值互相关电平(PCCL)。目前，有很多方法设计正交相位编码信号，如模拟退火、遗传算法、最小互熵法等等。但是随着雷达技术的不断发展，上述算法所设计的正交相位编码信号不能满足现实的需要。为了进一步降低APSL和PCCL，一种方法是增加码元个数，因为码元个数越多，可以获得 更多的自由度。但是如果发射信号的时宽固定，码元个数越多，信号所需的带宽就越大。在雷达搜索阶段，窄带信号可以具有更高的搜索效率。因此，在保持发射信号带宽不变的条件下，获得低的APSL和PCCL是非常有必要的。目前还没有提出针对此问题的宽主瓣正交相位编码信号设计方法。
技术实现思路
针对上述已有方法的缺点，本专利技术的目的在于提出一种分布式MIMO雷达正交宽主瓣相位编码信号设计方法，在保持正交宽主瓣相位编码信号带宽不变的条件下，来获得低的自相关峰值旁瓣电平和峰值互相关电平。实现本专利技术目的的技术思路是：保持正交宽主瓣相位编码信号的带宽不变，以最小化正交宽主瓣相位编码信号脉冲压缩后的自相关峰值旁瓣电平，峰值互相关电平和逼近期望的主瓣形状为目标函数，设计正交宽主瓣相位编码信号。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种分布式MIMO雷达正交宽主瓣相位编码信号设计方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，确定正交宽主瓣相位编码信号中子相位编码信号的个数，每个子相位编码信号的码元长度，以及每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量；步骤2，根据正交宽主瓣相位编码信号中子相位编码信号的个数，每个子相位编码信号的码元长度，以及每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量，构造关于所述正交宽主瓣相位编码信号的目标函数；步骤3，求解所述关于所述正交宽主瓣相位编码信号的目标函数，得到所述正交宽主瓣相位编码信号。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(a)对于分布式MIMO雷达，本专利技术由于增加了每个子相位编码信号的码元长度，从而在设计正交宽主瓣相位编码信号的过程中具有更大的自由度，因此优化设计得到的正交宽主瓣相位编码信号脉冲压缩后可以进一步降低距离旁瓣电平；(b)在正交宽主瓣相位编码信号的时宽一定的条件下，本专利技术由于在增加每个子相位编码信号码元长度的同时保持每个子相位编码信号脉冲压缩后的带宽不变，因此设计得到的正交宽主瓣相位编码信号结构更加复杂，增加了相位编码信号截获后被识别的难度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种正交宽主瓣相位编码信号设计方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的正交相位编码信号S的每个相位编码信号脉压后的主瓣幅度与第一相位编码信号的主瓣幅度对比图，其中，横坐标表示相对延时，单位us，纵坐标表示幅度，单位dB；图3是本专利技术实施例提供的正交相位编码信号S的每个相位编码信号脉压后的主瓣相位与第一相位编码信号的主瓣相位对比图，其中，横坐标表示相对延时，单位us，纵坐标表示相位，单位°；图4是本专利技术实施例提供的正交相位编码信号S的每个相位编码信号脉冲压缩后的结果图；其中，横坐标表示相对延时，单位us，纵坐标表示幅度，单位dB；图5是本专利技术实施例提供的正交相位编码信号S中不同相位编码信号之间的相关性，其中，横坐标表示相对延时，单位us，纵坐标表示幅度，单位dB。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供一种分布式MIMO雷达正交宽主瓣相位编码信号设计方法，参照图1，所述方法包括如下步骤：步骤1，确定正交宽主瓣相位编码信号中子相位编码信号的个数，每个子相位编码信号的码元长度，以及每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量。步骤1具体包括如下子步骤：(1a)设定第一相位编码信号s的码元长度N1；(1b)根据所述第一相位编码s的码元长度N1，确定所述正交宽主瓣相位编码信号S中的每个子相位编码信号的码元长度Ns，需要说明的是，正交宽主瓣相位编码信号S中的每个子相位编码信号的码元长度可以不同，为了方便公式表述，假设每个子相位编码信号的码元长度相同，且均为Ns，其中，Ns＝b×N1，b为正交宽主瓣相位编码信号S中每个子相位编码信号码元长度的增加倍数，b取值为整数；(1c)设定所述正交宽主瓣相位编码信号S中的每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量M＝fix(δ×b)，其中，δ是经验系数，取值在(0.5-1.0)的范围内，fix(·)表示向下取整。经验系数δ取值为0.8。这里确定设计正交宽主瓣相位编码信号S中每个子相位编码信号脉冲压缩后的主瓣宽度控制量M的取值公式M＝fix(δ×b)是一个经验公式。在实际中，根据该经验公式得到的M值可能存在显著改变每个子相位编码信号带宽的情况，此时需要人为对主瓣宽度控制量M的取值进行调整，M值调整的过程中遵循以下规律：增加主瓣宽度控制量M的取值，子相位编码信号脉冲压缩后的带宽会减小；减小主瓣宽度控制量M的取值，子相位编码信号脉冲压缩后的带宽会增加。因此，在确定主瓣宽度控制量M的取值时需要折中考虑主瓣逼近期望主瓣的程度和子相位编码信号脉冲压缩后的带宽的大小。步骤2，根据正交宽主瓣相位编码信号中子相位编码信号的个数，每个子相位编码信号的码元长度，以及每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量，构造关于所述正交宽主瓣相位编码信号的目标函数。步骤2具体包括如下子步骤：(2a)正交宽主瓣相位编码信号S表示为其中， 表示维数为Ns×Nt的复矩阵，si表示正交宽主瓣相位编码信号S中第i个子相位编码信号，i∈[1，Nt]；(2b)对第i个子相位编码信号进行匹配滤波，得到第i个子相位编码信号在距离位移k处的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式MIMO雷达正交宽主瓣相位编码信号设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，确定正交宽主瓣相位编码信号中子相位编码信号的个数，每个子相位编码信号的码元长度，以及每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量；步骤2，根据正交宽主瓣相位编码信号中子相位编码信号的个数，每个子相位编码信号的码元长度，以及每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量，构造关于所述正交宽主瓣相位编码信号的目标函数；步骤3，求解所述关于所述正交宽主瓣相位编码信号的目标函数，得到所述正交宽主瓣相位编码信号。

【技术特征摘要】
1.一种分布式MIMO雷达正交宽主瓣相位编码信号设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1，确定正交宽主瓣相位编码信号中子相位编码信号的个数，每个子相位编码信号的码元长度，以及每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量；步骤2，根据正交宽主瓣相位编码信号中子相位编码信号的个数，每个子相位编码信号的码元长度，以及每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量，构造关于所述正交宽主瓣相位编码信号的目标函数；步骤3，求解所述关于所述正交宽主瓣相位编码信号的目标函数，得到所述正交宽主瓣相位编码信号。2.根据权利要求1所述的一种分布式MIMO雷达正交宽主瓣相位编码信号设计方法，其特征在于，步骤1具体包括如下子步骤：(1a)设定第一相位编码信号s的码元长度N1；(1b)根据所述第一相位编码s的码元长度N1，确定所述正交宽主瓣相位编码信号S中的每个子相位编码信号的码元长度Ns，其中，Ns＝b×N1，b为正交宽主瓣相位编码信号S中每个子相位编码信号码元长度的增加倍数，b取值为整数；(1c)设定所述正交宽主瓣相位编码信号S中的每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量M＝fix(δ×b)，其中，δ是经验系数，取值在(0.5-1.0)的范围内，fix(·)表示向下取整。3.根据权利要求2所述的一种分布式MIMO雷达正交宽主瓣相位编码信号设计方法，其特征在于，经验系数δ取值为0.8。4.根据权利要求1所述的一种分布式MIMO雷达正交宽主瓣相位编码信号设计方法，其特征在于，步骤2具体包括如下子步骤：(2a)正交宽主瓣相位编码信号S表示为其中，表示维数为Ns×Nt的复矩阵，si表示正交宽主瓣相位编码信号S中第i个子相位编码信号，i∈[1,Nt]；(2b)对第i个子相位编码信号进行匹配滤波，得到第i个子相位编码信号在距离位移k处的匹配滤波结果其中，表示第i个子相位编码信号匹配滤波结果的旁瓣，表示第i个子相位编码信号匹配滤波结果的主瓣；k∈[-Ns+1,Ns-1]；且即关于k＝0共轭对称；其中，0≤k≤Ns，()T表示转置；0为全零矩阵；I表示单位矩阵；(2c)根据每个子相位编码信号经过脉冲压缩后的主瓣宽度控制量，确定第i个子相位编码信号匹配滤波结果中的主瓣区域，并对主瓣区域中的主瓣和旁瓣分别取模值，得到匹配滤波距离主瓣模值向量t∈[0,M]；(2d)确定第i个子相位编码信号匹配滤波结果中的旁瓣区域，并对旁瓣区域中的旁瓣分别取模值，得到第i个子相位编码信号的自相关旁瓣电平模值向量m∈[M+1,Ns-1]；(2e)对第i个子相位编码信号和第j个子相位编码信号进行互相关，并对互相关结果中的各个旁瓣分别取模值，得到第i个子相位编码信号和第j个子相位编码信号的互相关旁瓣电平模值向量l∈[-(Ns-1),(Ns-1)]，j∈[1,Nt]，且j≠i；(2f)确定正交宽主瓣相位编码信号S的期望主瓣向量bm，其中，bm为2×M+1维的列向量，匹配滤波距离主瓣模值向量t∈[0,M]；将期望主瓣向量bm与匹配滤波距离主瓣模值向量差值取模值后记为主瓣差值向量其中，w∈[1,Nt]，b(1),b(2),...,b(2M+1)为期望主瓣向量bm中的元素；从而得到主瓣差值向量(2g)通过最小化正交宽主瓣相位编码信号S中每个子相位编码信号的自相关峰值旁瓣电平，最小化不同子相位编码信号之间的互相关峰值旁瓣电平和最小化主瓣差值最大值，构建目标函数： min Φ max max q = 1 , 2 , ... , N t ...

【专利技术属性】
技术研发人员：周生华，刘宏伟，徐磊磊，严俊坤，王鹏辉，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61