基于最佳跳频码的分布式MIMO-SAR信号设计方法技术

本发明专利技术揭示了一种基于最佳跳频码的分布式MIMO‑SAR信号设计方法，包括如下步骤：S1、模型建立步骤，构造跳频扩频信号模型；S2、信号设计步骤，进行分布式MIMO‑SAR信号设计。使用本发明专利技术的方法所构造出的信号模糊函数性能更优、具备理想的自模糊函数和优良的互模糊函数，能有效减弱分布式MIMO‑SAR系统的多天线之间的干扰，具有很高的使用及推广价值。

【技术实现步骤摘要】
基于最佳跳频码的分布式MIMO-SAR信号设计方法
本专利技术涉及一种信号设计方法，具体而言，涉及一种用于减弱分布式MIMO-SAR系统的多天线之间干扰的基于最佳跳频码的分布式MIMO-SAR信号设计方法，属于无线通信

技术介绍
在分布式MIMO-SAR(MultipleInputMultipleOutput-SyntheticApertureRadar)系统中，人们关注的主要焦点之一是波形设计和优化。MIMO-SAR信号需要具有良好的自模糊性，才能得到良好的速度分辨率和距离向分辨率，并且为了降低对其他用户的干扰，MIMO-SAR信号的互相关性也要比较低。王杰、丁赤飚、梁兴东等人针对MIMO-SAR同频干扰抑制的核心问题，分析了传统正交波形的限制与多维正交波形的可行性，介绍了OFDMChip和STC多维波形,并通过飞行试验验证了系统效能。MahdiKhosravi通过把恒定频率替换为线性调频频率以及增加子载波间隔，提出了一种改进的Costas信号,而且还提出了一种迭代算法，可以找到一组次优的Costas信号，以保证不同波形之间的最大互相关(在不同的多普勒/延迟偏移下)低于阈值。此外，还有相关文献提出在一个重复周期内发射2个不同的Costas信号来代替1个信号，在接收端通过综合2个信号的信息使其模糊函数的边瓣相互抵消，从而获得主峰尖锐且模糊体积小的针状特性。采用Costas序列来设计雷达信号，虽然Costas序列的自相关性非常理想，但是Costas序列的互相关性能并不理想，也就是说当N>3时，任意2个N阶Costas序列的互相关最大值至少为2，这就使得对于多用户雷达之间的干扰不能很好地解决。最佳跳频码的建立基于WelchCostas序列用代数方法构造跳频码的数学模型上，提出了同时具备理想的互相关和自相关特性，使得所设计的跳频序列具拥有理想的自相关，即自相关函数的最大副瓣为1，同时各跳频序列的互相关也是最低的，即在最大多普勒频移范围内，互相关函数的最大值为1。综上所述，如何将最佳跳频码技术应用于MIMO-SAR信号的设计过程中从而使MIMO-SAR信号的模糊函数性能更优，也就成为了本领域内技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于现有技术存在上述缺陷，本专利技术提出了一种基于最佳跳频码的分布式MIMO-SAR信号设计方法，包括如下步骤：S1、模型建立步骤，构造跳频扩频信号模型；S2、信号设计步骤，，进行分布式MIMO-SAR信号设计；S2所述信号设计步骤，具体包括，S21、序列构造步骤，确定WelchCostas序列的阶数N，构造WelchCostas序列；S22、序列族获取步骤，在水平方向上对WelchCostas序列均匀分割，并在水平方向上进行循环移位，逆时针旋转90度，得到WelchCostas序列族；S23、跳频码获取步骤，在WelchCostas序列族内，在＝水平方向上进行单个间隙列的循环移位，得到包含一个间隙列的WelchCostas序列，随即得到基于WelchCostas序列的跳频码。优选地，S1所述模型建立步骤，具体包括：单位能量FHSS的复包络表达式为其中，其中，y(k)为跳频算子，B为信号占据的频带宽度，Fb为频隙、Fb＝B/N，T为时域宽度、T＝NTb，fk+fc为第k个时隙发送射的中心频率，j表示第j列为空间隙列，当y(k)为N阶最佳跳频码的放置函数时,θk(t)＝0是子脉冲为恒载频的最佳跳频码信号，θk(t)＝(-1)y(k)-1π(B/N)(t-Tb)2是子脉冲为线性调频的最佳跳频码信号。优选地，S2所述信号设计步骤中、在S21所述序列构造步骤前，还包括：S20、条件预设步骤，设一个阵列中有s根发射天线，能够找到一个素数p和一个正整数w，满足ws≤p-1，其中，s为天线数，w为对应系统中最大多普勒频移，p为跳频码的最大时隙数，设α为GF(p)的本原元，设p＝11，α＝6为GF(11)的本原元，取s＝3，w＝3，即阵列有3根天线，每帧含有3个时隙，每根天线的雷达信号跳频码图数最大为p＝11。优选地，S21所述序列构造步骤，具体包括：WelchCostas的阶N＝10，p＝11，本原元α＝6为条件，依据放置函数来构造WelchCostas序列，所述放置函数为y(k)＝6k(mod11)。优选地，S22所述序列族获取步骤，具体包括：根据WelchCostas序列来获取双站MIMO-SAR信号的族首调频码，最大多普勒频移w＝3，在水平方向对WelchCostas序列进行w＝3的移位，WelchCostas序列分别为C1、y1(k)＝6k，C2、y2(k)＝63·6k，C3、y3(k)＝66·6k，其中，C2是C1向左循环移3列后获得的，C3是C1向左循环移6列后获得的，再对C1、C2、C3作逆时针旋转90°得到序列C4、C5、C6，分别对应3个MIMO-SAR系统的族首跳频码，选取C4、C5作为双站MIMO-SAR的族首跳频码。优选地，S23所述跳频码获取步骤，具体包括：根据族首跳频码设计双站MIMO-SAR天线调频码，设C4为A站的族首跳频码，C5为B站的族首跳频码。设A站的时延为3，对C4进行水平方向的循环移位，每3列移位一次，可得到A站的天线的跳频码图，同理可得B站的天线的跳频码图。与现有技术相比，本专利技术的优点主要体现在以下几个方面：本专利技术提出了一种基于最佳跳频码的分布式MIMO-SAR信号的构造方法，使用这一方法构造出的信号模糊函数性能更优、具备理想的自模糊函数和优良的互模糊函数，能有效减弱分布式MIMO-SAR系统的多天线之间的干扰，兼顾了实用性及创新性、具有很高的使用及推广价值。此外，本专利技术也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于无线通信
内其他的技术方案中，具有十分广阔的应用前景。以下便结合实施例附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详述，以使本专利技术技术方案更易于理解、掌握。附图说明图1为天线信号图样；图2为A站和B站的天线图样；图3为自相关函数的示意图。具体实施方式本专利技术揭示一种基于最佳跳频码的分布式MIMO-SAR信号设计方法，并对该信号备理想的自模糊函数和优良的互模糊函数进行了说明，该信号能有效减弱分布式MIMO-SAR系统的多天线之间的干扰。下面给出具体的构造方法及仿真实验结果来说明。本专利技术的方法包括如下步骤：S1、模型建立步骤，构造跳频扩频信号模型；S2、信号设计步骤，，进行分布式MIMO-SAR信号设计；S2所述信号设计步骤，具体包括，S21、序列构造步骤，确定WelchCostas序列的阶数N，构造WelchCostas序列；S22、序列族获取步骤，在水平方向上对WelchCostas序列均匀分割，并在水平方向上进行循环移位，逆时针旋转90度，得到WelchCostas序列族；S23、跳频码获取步骤，在WelchCostas序列族内，在水平方向上进行单个间隙列的循环移位，得到包含一个间隙列的WelchCostas序列，随即得到基于WelchCostas序列的跳频码。S1所述模型建立步骤，具体包括：单位能量FHSS(Frequency-HoppingSpreadSpectrum)的复包络表达式为其中，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于最佳跳频码的分布式MIMO‑SAR信号设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、模型建立步骤，构造跳频扩频信号模型；S2、信号设计步骤，进行分布式MIMO‑SAR信号设计；S2所述信号设计步骤，具体包括，S21、序列构造步骤，确定Welch Costas序列的阶数N，构造Welch Costas序列；S22、序列族获取步骤，在水平方向上对Welch Costas序列均匀分割，并在水平方向上进行循环移位，逆时针旋转90度得到Welch Costas序列族；S23、跳频码获取步骤，在Welch Costas序列族内，在水平方向上进行单个间隙行的循环移位，得到包含一个间隙列的Welch Costas序列，随即得到基于Welch Costas序列的跳频码。

【技术特征摘要】
1.一种基于最佳跳频码的分布式MIMO-SAR信号设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、模型建立步骤，构造跳频扩频信号模型；S2、信号设计步骤，进行分布式MIMO-SAR信号设计；S2所述信号设计步骤，具体包括，S21、序列构造步骤，确定WelchCostas序列的阶数N，构造WelchCostas序列；S22、序列族获取步骤，在水平方向上对WelchCostas序列均匀分割，并在水平方向上进行循环移位，逆时针旋转90度得到WelchCostas序列族；S23、跳频码获取步骤，在WelchCostas序列族内，在水平方向上进行单个间隙行的循环移位，得到包含一个间隙列的WelchCostas序列，随即得到基于WelchCostas序列的跳频码。2.根据权利要求1所述的基于最佳跳频码的分布式MIMO-SAR信号设计方法，其特征在于，S1所述模型建立步骤，具体包括：单位能量FHSS的复包络表达式为其中，其中，y(k)为跳频算子，B为信号占据的频带宽度，Fb为频隙、Fb＝B/N，T为时域宽度、T＝NTb，fk+fc为第k个时隙发送射的中心频率，j表示第j列为空间隙列，当y(k)为N阶最佳跳频码的放置函数时,θk(t)＝0是子脉冲为恒载频的最佳跳频码信号，θk(t)＝(-1)y(k)-1π(B/N)(t-Tb)2是子脉冲为线性调频的最佳跳频码信号。3.根据权利要求2所述的基于最佳跳频码的分布式MIMO-SAR信号设计方法，其特征在于，S2所述信号设计步骤中、在S21所述序列构造步骤前，还包括：S20、条件预设步骤，设一个阵列中有s根发射天线，能够找到一个素数p和一个正整数w，满足ws≤p-1，其中，s为天线数，w为对应系统中最大多普...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚建国，祝舒怡，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32