基于p范数的相位编码信号和失配滤波器的联合优化方法技术

本发明专利技术属于雷达技术领域，公开了一种基于p范数的相位编码信号和失配滤波器的联合优化方法。该联合优化方法包括如下步骤：设定相位编码信号的码元长度和失配滤波器的长度，以及最大信噪比损失；确定相位编码信号通过失配滤波器的失配滤波器输出结果，以及相位编码信号通过失配滤波器的失配滤波器输出结果的峰值旁瓣电平；构建相位编码信号和失配滤波器的优化准则；对优化准则进行形式转换；求解得到相位编码信号的相位、失配滤波器的相位和失配滤波器的幅度；构造相位编码信号和失配滤波器。本发明专利技术能够降低雷达接收通道的距离旁瓣电平。

【技术实现步骤摘要】
基于p范数的相位编码信号和失配滤波器的联合优化方法
本专利技术属于雷达
，具体涉及一种基于p范数的相位编码信号和失配滤波器的联合优化方法，用于降低雷达接收通道的距离旁瓣电平。
技术介绍
脉冲压缩技术解决了雷达的作用距离和距离分辨率之间的矛盾，但脉冲压缩信号通常具有较高的距离旁瓣，而较高的距离旁瓣不利于雷达对目标进行有效探测，特别是在多目标或强杂波背景下的弱目标检测，弱目标的主瓣极易被强目标回波的距离旁瓣淹没造成漏警。因此设计具有良好距离旁瓣特性的信号波形对提高雷达的探测性能具有重要意义。从目前国内外对相位编码信号研究情况来看，两种抑制距离旁瓣的方法分别是编码优选和失配滤波。以往获取低距离旁瓣信号的方法是采用某类特殊的编码信号，近代获取相位编码信号的主要方式则是通过优化算法进行求解。通过优化相位编码信号自相关旁瓣的方法所能达到的旁瓣电平通常仍然较高。因此在接收端可以采用失配滤波的方法进一步降低系统的旁瓣电平。相位编码信号通常是恒模信号，而失配滤波器的权系数则可以突破这个限制，实现更低的距离旁瓣输出。由于优化手段的问题，以往的失配滤波算法通常将相位编码信号和失配滤波器分别优化，通过交叉优化的方式对问题进行求解，这种算法能够有效地降低系统的距离旁瓣输出。一个已有的方法是通过优化一批低距离旁瓣相位编码信号并基于这些信号为搜索起点，同时寻找相位编码信号和失配滤波器的权系数。但是，如果相位编码信号的起始信号为具有低距离旁瓣电平的相位编码信号，则已有方法可能会排除一些可能更优的优化结果。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于p范数的相位编码信号和失配滤波器的联合优化方法，能够降低相位编码信号脉冲压缩后的距离旁瓣电平。实现本专利技术的技术思路是：根据相位编码信号的码元长度和失配滤波器的长度随机产生其初值，在最大信噪比损失为约束的条件下，以最小化失配滤波后的峰值旁瓣电平为优化准则，联合优化设计相位编码信号和失配滤波器，并使用基于L-BFGS(limitedmemoryBroyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno，拟牛顿算法)的最小p范数优化算法进行求解。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。本专利技术实施例提供一种基于p范数的相位编码信号和失配滤波器的联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，设定相位编码信号s的码元长度Ns和失配滤波器h的长度Nh，以及最大信噪比损失SNRloss，其中，Nh≥Ns且Nh+Ns为偶数；步骤2，确定所述相位编码信号s通过所述失配滤波器h的失配滤波器输出结果以及所述相位编码信号s通过所述失配滤波器h的失配滤波器输出结果ρ的峰值旁瓣电平其中，表示卷积，[.]T表示转置，i∈[1,2，...，Ns+Nh-1]；步骤3，将所述最大信噪比损失SNRloss作为约束条件，以最小化所述峰值旁瓣电平PSL为目标函数，构建所述相位编码信号s和所述失配滤波器h的优化准则为其中，能量差值γ和峰值差值δ预先设定，为所述相位编码信号s的相位，θ为所述失配滤波器h的相位，A为所述失配滤波器h的幅度；步骤4，对所述优化准则进行形式转换，得到其中，向量x是所述相位编码信号s的相位、所述失配滤波器h的幅度A和所述失配滤波器h的相位θ组成的列向量其中，ρs为将所述相位编码信号s经过所述失配滤波器h的失配滤波器输出结果ρ的旁瓣电平取模值的结果，能量权系数α和峰值权系数β的取值属于[0,1]的范围内；步骤5，求解得到所述向量x，从而得到所述相位编码信号s的相位所述失配滤波器h的幅度A和所述失配滤波器h的相位θ；步骤6，根据所述相位编码信号s的相位构造所述相位编码信号根据所述失配滤波器h的相位θ和所述失配滤波器h的幅度A，构造所述失配滤波器h＝A⊙exp(jθ)。本专利技术技术方案的特点和进一步的改进为：步骤3中所述能量差值γ根据确定，所述峰值差值δ根据确定，其中，SNRloss为最大信噪比损失，Ns为所述相位编码信号s的码元长度。步骤5中采用基于L-BFGS的最小p范数的优化算法求解得到所述向量x。进一步地，采用基于L-BFGS的最小p范数的优化算法求解得到所述向量x，具体包括如下子步骤：(5a)定义函数(5b)设置所述向量x的初值x0、最小下降量ε1的初始值、以及迭代次数n的起始值为1、范数p的初值p0、乘子μ的值以及所述函数f(x)的初值f0；(5c)使用向量xn-1作为初始值，通过最小化函数f(xn-1)求得优化结果向量xn，令fn＝f(xn)；(5d)如果|fn-fn-1|<ε1，则输出向量xn，并停止循环；否则迭代次数n加1，且令范数pn＝μpn-1，并跳至子步骤(5c)继续执行；(5e)确定所述向量x。本专利技术与现有技术相比具有如下优点。本专利技术技术方案在一定信比损失为约束的条件下，以最小化失配滤波后的峰值旁瓣电平为准则，联合优化设计相位编码信号和失配滤波器，并使用基于L-BFGS的最小p范数优化算法进行求解，可以进一步降低相位编码信号失配滤波后的峰值旁瓣电平。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。图1是本专利技术实施例提供的基于p范数的相位编码信号和失配滤波器的联合优化方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的基于L-BFGS的最小p范数优化算法的流程示意图；图3是匹配滤波器输出的归一化的峰值旁瓣电平的示意图，横坐标表示相对延时，单位为us，纵坐标表示幅度，单位为dB；图4是用文献[NunnC.Constrainedoptimizationappliedtopulsecompressioncodesandfilters[C].IEEEInternationalRadarConference,2005:190-194.]的方法失配滤波后输出的归一化的峰值旁瓣电平图，横坐标表示相对延时，单位为us，纵坐标表示幅度，单位为dB；图5是本专利技术实施例提供的失配滤波器输出的归一化的峰值旁瓣电平图，横坐标表示相对延时，单位为us，纵坐标表示幅度，单位为dB；图6是图5初始相位编码信号的归一化的峰值旁瓣电平图，横坐标表示相对延时，单位为us，纵坐标表示幅度，单位为dB。具体实施方式如图1所示，本专利技术实施例提供的基于p范数的相位编码信号和失配滤波器的联合优化方法，包括如下步骤：步骤1，设定相位编码信号s的码元长度Ns和失配滤波器h的长度Nh，以及最大信噪比损失SNRloss。其中，Nh≥Ns，且Nh+Ns为偶数。通常情况要求信噪比损失SNRloss≤1dB。步骤2，确定相位编码信号s通过失配滤波器h的失配滤波器输出结果以及相位编码信号s通过失配滤波器h的失配滤波器输出结果ρ的峰值旁瓣电平其中，表示卷积，[.]T表示转置，i∈[1,2，...，Ns+Nh-1]。假设相位编码信号为s，失配滤波器为h，相位编码信号s通过失配滤波器h的失配滤波器输出结果ρ表示为：其中，表示卷积，[.]T表示转置，i∈[1,2，...，Ns+Nh-1]，Ns表示相位编码信号s的码元长度，Nh表示失配滤波器h的长度。相位编码信号s通过失配滤波器h的失配滤波器输出结果ρ的峰值旁瓣电平为：其中，|·|表示取模值，k∈[1,Ns+Nh-1]。步骤3，将最大信噪比损失SNRloss作为约束条本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于p范数的相位编码信号和失配滤波器的联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，设定相位编码信号s的码元长度Ns和失配滤波器h的长度Nh，以及最大信噪比损失SNRloss，其中，Nh≥Ns且Nh+Ns为偶数；步骤2，确定所述相位编码信号s通过所述失配滤波器h的失配滤波器输出结果以及所述相位编码信号s通过所述失配滤波器h的失配滤波器输出结果ρ的峰值旁瓣电平其中，表示卷积，[.]T表示转置，i∈[1,2，...，Ns+Nh‑1]；步骤3，将所述最大信噪比损失SNRloss作为约束条件，以最小化所述峰值旁瓣电平PSL为目标函数，构建所述相位编码信号s和所述失配滤波器h的优化准则为s.t. |hHh‑sHs|≤γ|ρ(Nh+Ns)/2-Ns|≤δ]]>其中，能量差值γ和峰值差值δ预先设定，为所述相位编码信号s的相位，θ为所述失配滤波器h的相位，A为所述失配滤波器h的幅度；步骤4，对所述优化准则进行形式转换，得到：minx||ρs||∞+α·|hHh-sHs|+β·|ρ(Nh+Ns)/2-Ns|]]>其中，向量x是所述相位编码信号s的相位所述失配滤波器h的幅度A和所述失配滤波器h的相位θ组成的列向量其中，ρs为将所述相位编码信号s经过所述失配滤波器h的失配滤波器输出结果ρ的旁瓣电平取模值的结果，能量权系数α和峰值权系数β的取值属于[0,1]的范围内；步骤5，求解minx||ρs||∞+α·|hHh-sHs|+β·|ρ(Nh+Ns)/2-Ns|,]]>得到所述向量x，从而得到联合优化后的相位编码信号s的相位失配滤波器h的幅度A和失配滤波器h的相位θ；步骤6，根据联合优化后的相位编码信号s的相位构造所述相位编码信号根据所述失配滤波器h的相位θ和所述失配滤波器h的幅度A，构造所述失配滤波器...

【技术特征摘要】
1.基于p范数的相位编码信号和失配滤波器的联合优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，设定相位编码信号s的码元长度Ns和失配滤波器h的长度Nh，以及最大信噪比损失SNRloss，其中，Nh≥Ns且Nh+Ns为偶数；步骤2，确定所述相位编码信号s通过所述失配滤波器h的失配滤波器输出结果以及所述相位编码信号s通过所述失配滤波器h的失配滤波器输出结果ρ的峰值旁瓣电平其中，表示卷积，[.]T表示转置，i∈[1,2，...，Ns+Nh-1]；步骤3，将所述最大信噪比损失SNRloss作为约束条件，以最小化所述峰值旁瓣电平PSL为目标函数，构建所述相位编码信号s和所述失配滤波器h的优化准则为s.t.|hHh-sHs|≤γ其中，能量差值γ和峰值差值δ预先设定，为所述相位编码信号s的相位，θ为所述失配滤波器h的相位，A为所述失配滤波器h的幅度；步骤4，对所述优化准则进行形式转换，得到：其中，向量x是所述相位编码信号s的相位所述失配滤波器h的幅度A和所述失配滤波器h的相位θ组成的列向量其中，ρs为将所述相位编码信号s经过所述失配滤波器h的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏伟，周生华，徐磊磊，曹鼎，臧会凯，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61