一种面向杂波抑制的相干MIMO雷达波形设计方法技术

本发明专利技术公开了一种面向杂波抑制的相干MIMO雷达波形设计方法，包括：建立包括若干个波形的频率正交波形组作为相干MIMO雷达探测波形的模型，波形组中任意两个波形在相干处理时间内保持正交；调整波形组中两个相邻波形间频率间隔，对保持正交的相干MIMO雷达时延维和多普勒维的栅瓣和副瓣进行抑制。本发明专利技术有效地解决了现有技术在相干MIMO雷达的波形设计上不能有效改善匹配滤波过程的杂波抑制性能的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种面向杂波抑制的相干MIMO雷达波形设计方法
本专利技术涉及雷达领域，特别是涉及一种面向杂波抑制的相干MIMO雷达波形设计方法。
技术介绍
目前国内外关于MIMO(Multipleinputmultipleoutput，多输入多输出系统)雷达波形设计技术，主要解决波形组的正交性设计问题，利用遗传算法等各种优化设计技术，仅将不同波形之间相关函数的副瓣降低，不能有效改善匹配滤波过程的杂波抑制性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种面向杂波抑制的相干MIMO雷达波形设计方法，用以解决现有技术相干MIMO雷达在波形设计上不能有效改善匹配滤波过程的杂波抑制性能的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种面向杂波抑制的相干MIMO雷达波形设计方法，包括：建立包括若干个波形的频率正交波形组作为相干MIMO雷达探测波形的模型，波形组中任意两个波形在相干处理时间内保持正交；调整波形组中两个相邻波形间频率间隔，对保持正交的相干MIMO雷达时延维和多普勒维的栅瓣和副瓣进行抑制。本专利技术有益效果如下：本专利技术通过对相干MIMO雷达波形的最小频率间隔进行优化调整，使得波形组中任意两个波形在相干处理时间内保持正交；并对保持正交的相干MIMO雷达时延维杂波或多普勒维的栅瓣和副瓣进行抑制。附图说明图1是本专利技术实施例涉及的一种面向杂波抑制的相干MIMO雷达波形设计方法的流程图。具体实施方式为了解决现有技术相干MIMO雷达在波形设计上不能有效改善匹配滤波过程的杂波抑制性能的问题，本专利技术提供了一种面向杂波抑制的相干MIMO雷达波形设计方法，以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。图1是本专利技术实施例涉及的一种面向杂波抑制的相干MIMO雷达波形设计方法的流程图，如图1所示，该方法，包括：S101，选取相干MIMO雷达的若干个波形的频率正交波形组作为探测波形；调整波形组中两个相邻波形间频率间隔，使得波形组中任意两个波形在相干处理时间内保持正交；S102，继续调整波形组中两个相邻波形间频率间隔，对保持正交的相干MIMO雷达时延维杂波或多普勒维杂波进行滤波。本专利技术通过对相干MIMO雷达波形的最小频率间隔进行优化调整，使得波形组中任意两个波形在相干处理时间内保持正交；并对保持正交的相干MIMO雷达时延维杂波或多普勒维杂波进行滤波。以下对图1所示方法进行详细阐述，该方法具体包括：步骤1，建立雷达匹配滤波器的杂波抑制性能模型，可以采用信杂比(SCR)表示:上式中σs2表示信号功率；σc2表示杂波功率；点目标位于时延-多普勒平面上原点(0,0)处；AF(τ,fd)为该雷达波形或波形组的模糊函数；(τ,fd)为目标回波信号的时延和多普勒频移；φ(τ,fd)表示杂波在时延τ-多普勒fd平面上的分布函数。杂波分布在区域R中，杂波的谱密度为：在时延-多普勒平面上，雷达波形或波形组的模糊函数由中心峰、栅瓣、副瓣和清洁区构成。根据(1)式分母中积分项所示，雷达匹配滤波器的杂波抑制性能不仅取决于模糊函数AF(τ,fd)的清洁区大小，还取决于栅瓣和副瓣水平。步骤2，建立相干MIMO雷达信号模型，广泛应用的相干脉冲串波形为：其中，x(t)为脉冲串的基带信号，u(t)为矩形脉冲，r为脉冲串中某个脉冲的编号，M为脉冲串中的子脉冲数目，T为脉冲重复周期，MT为相干脉冲串的相干处理时间(CPI)，W为脉冲宽度，t表示时间。假设相干MIMO雷达采用包含N个波形的频率正交波形组作为探测波形：{sn(t)＝x(t)exp[j2π(n·ΔF)t],n＝1,2...N},(5)其中，j为复数的虚数单位，exp[]表示指数函数，△F是波形组中两个相邻波形间的最小频率间隔。步骤3，调整波形组中两个相邻波形间最小频率间隔，该频率间隔的取值使得波形组中任意两个波形在相干处理时间内保持正交:ΔF·MT＝A.(6)其中，A为任意正整数。步骤4，采用以下公式作为相干MIMO雷达模糊函数的定义:其中1/N为归一化因子，n和n’是指子脉A冲串中的编号，AFnn′(τ,fd)表示sn(t)和sn’(t)的互模糊函数.；(τ,fd)为目标回波信号的时延和多普勒频移动。由公式(1)可知，为提高相干MIMO雷达匹配滤波器的杂波抑制能力，需要尽可能降低该雷达模糊函数的栅瓣和副瓣水平。为定量表述MIMO雷达模糊函数的栅瓣和副瓣水平，以及通过波形设计对栅瓣和副瓣的抑制程度，本文提出以下定义：建立ALR准则，在时延-多普勒平面上，MIMO雷达的模糊函数水平相对于SIMO(Singleinputmultipleoutput，单输入多输出系统)雷达的模糊函数水平的比例称为模糊比，简记为ALR。ALR>1表示MIMO雷达的模糊函数水平高于相应SIMO雷达的模糊函数水平；ALR<1表示MIMO雷达的模糊函数水平低于相应SIMO雷达的模糊函数水平。根据上述定义，ALR可以公式化表示为：用以模糊比ALR(8)为定量分析工具，通过对相干MIMO雷达波形参数的优化设计，抑制该雷达模糊函数时延维和多普勒维的栅瓣和副瓣水平，以提高该雷达匹配滤波过程中的杂波抑制性能。步骤5，调整波形组中两个相邻波形间频率间隔，对保持正交的相干MIMO雷达时延维杂波进行滤波，为分析时延维栅瓣和副瓣特性，令fd＝0可得：AFMIMO(τ,0)＝AFmain(τ,0)+AFerror(τ,kΔF),(9)其中AFmain代指公式(10)后面的一串函数,仅仅是一个数学标示：和对于式(11)，本文主要分析区间|τ|≤T的模糊特性：将公式(6)代入上式可得分母函数sin(πkΔFMT)＝0。进一步，令,kΔFT≠I,(13)其中I为任意正整数，则分子函数sin(πkΔFT)≠0,于是AFSIMO(τ,kΔF)|k≠0＝0,(14)并且AFerror(τ,kΔF)＝0.(15)所以:AFMIMO(τ,0)＝AFmain(τ,0)＝AFSIMO(τ,0)·P(τ),(16)其中公式(17)与标准线阵(ULA)的方向图具有相同数学形式，该数学形式为本领域技术人员熟知。因此，得到以下性质:0＜|P(τ)|＜1,others.(20)公式(18)给出函数P(τ)栅瓣位置坐标，并且指出栅瓣间隔为1/ΔF；公式(19)给出函数P(τ)的零陷位置；另外，P(τ)的副瓣峰值的位置坐标为:本文将式(21)所确定的两个相邻副瓣峰值之间的距离定义为此两峰之间零陷的宽度。因此，该零陷宽度为:下面依据(8)分析时延维栅瓣和副瓣的抑制技术，得到根据(19)和(20)，除在若干栅瓣点(18)处以外，ALRτ整体低于1，这表示相干MIMO雷达时延维模糊函数整体水平总体低于SIMO雷达模糊函数水平。公式(16)表明，相干MIMO雷达的模糊函数AFMIMO(τ，0)取决于SIMO雷达模糊函数AFSIMO(τ，0)与权函数P(τ)的乘积。权函数P(τ)具有周期性的零陷分布(19)和较低的副瓣分布(20)。因此，该零陷可用于周期性地滤除模糊函数AFSIMO(τ，0)的栅瓣，较低的副瓣能够有效抑制相同位置处的AFSIMO(τ，0)副瓣。通过对波形参数ΔF的优化设计，可利用权函数P(τ)对AFSIMO(τ，0)实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向杂波抑制的相干MIMO雷达波形设计方法，其特征在于，包括：建立包括若干个波形的频率正交波形组作为相干MIMO雷达探测波形的模型，波形组中任意两个波形在相干处理时间内保持正交；调整波形组中两个相邻波形间频率间隔，对保持正交的相干MIMO雷达时延维和多普勒维的栅瓣和副瓣进行抑制。

【技术特征摘要】
1.一种面向杂波抑制的相干MIMO雷达波形设计方法，其特征在于，包括：建立包括若干个波形的频率正交波形组作为相干MIMO雷达探测波形的模型，波形组中任意两个波形在相干处理时间内保持正交；调整波形组中两个相邻波形间频率间隔，对保持正交的相干MIMO雷达时延维和多普勒维的栅瓣和副瓣进行抑制；建立的模型包括：sn(t)＝x(t)exp[j2π(n·ΔF)t]，n＝1,2…N，(5)其中，x(t)为脉冲串的基带信号，u(t)为矩形脉冲，r为脉冲串中某个脉冲的编号，M为脉冲串中的子脉冲数目，T为脉冲重复周期，N为选取的相干MIMO雷达的频率正交波形组中的波形个数，t为时间，sn(t)为探测波形，j为复数的虚数单位，exp[]表示指数函数，△F为波形组中两个相邻波形间的最小频率间隔，W为脉冲宽度。2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，采用下式使得波形组中任意两个波形在相干处理时间内保持正交：ΔF·MT＝A，(6)其中，ΔF为波形组中两个相邻波形间的最小频率间隔，M为脉冲串中的子脉冲数目，T为脉冲重复周期，A为任意正整数。3.如权利要求1或2所述的设计方法，其特征在于，调整波形组中两个相邻波形间频率间隔，采用下二式对保持正交的相干MIMO雷达时延维栅的栅瓣和副瓣进行抑制，kΔFT≠I，(13)

【专利技术属性】
技术研发人员：张昭，甄军义，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司电子科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11