雷达LFM复合波形设计方法技术

本发明专利技术属于雷达通信技术领域，特别涉及一种兼具多普勒容忍性、低截获概率特性和低相关旁瓣特性的针对运动目标信息获取的雷达LFM复合波形设计方法，该方法通过联合低相关旁瓣波形设计方法和LFM噪声波形设计思路，以相位加权形式构造LFM复合波形数学模型，并引入相关旁瓣模板向量构造相应的目标函数；进而分析相位约束和恒模约束条件，构造迭代谱逼近松弛投影相位修正算法框架，给出LFM复合波形优化输出程序化步骤，采用本发明专利技术表述的迭代谱逼近松弛投影相位修正恒模LFM复合波形编码设计思路，可使波形的低相关旁瓣特性、低截获概率等性能均有较大幅度提升，同时该算法效率高、耗时少、鲁棒性佳，更适合LFM复合波形在线设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达通信
，特别涉及一种兼具多普勒容忍性和低相关旁瓣特性的针对运动目标信息获取的雷达LFM复合波形设计方法。
技术介绍
雷达场景日趋复杂，具有低截获概率和低识别概率特性的雷达系统成为重要的战术需求，其中，波形设计可视为实现这种需求的有效途径。线性调频(LFM)波形具有“斜刀刃状”模糊函数，多普勒容忍性较佳，但其自相关旁瓣较高且波形易被截获。随机相位波形具有理想的“图钉状”模糊函数，能够获得较高的距离-多普勒分辨率且相位信息不易被截获，但其多普勒容忍性较差使得失配条件下匹配滤波增益急剧下降，另外，其常规波形相关旁瓣较高使得微弱目标主瓣易被淹没在附近大目标旁瓣中。以LFM随机噪声信号作为发射波形，具有较好的低截获概率特性、电磁兼容性和抗干扰性能，增强了雷达复杂电磁环境下的适应能力。该波形在幅度恒定情况下将LFM波形的二次相位项和随机相位波形的随机相位项线性叠加，并调节相位比例因子使之具有较佳的距离-多普勒分辨率，同时兼具随机相位波形低截获概率特性和LFM波形的高多普勒容忍性(见文献：Range-Doppler resolution of the linear-FM noise radar waveform，GOVONI M A,LI Hongbin,and KOSINSKI J A.IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,2013,49(1):658-664)。但是，该常规LFM噪声波形难以摆脱高自相关旁瓣的束缚。修正MCAN算法结合低旁瓣波形设计方法和LFM噪声波形设计方法来获得低旁瓣LFM噪声波形(见文献：一种新的低旁瓣LFM噪声雷达波形设计方法，李秀友，董云龙，张林，关键.电子与信息学报，2016,38)。但此类CAN算法对于恒模非凸问题收敛缓慢，耗时过长且受限于初始解设定，难以满足工程需要。以交替投影为机制的改进循环算法获得了比CAN算法更明显效果(见文献：Computational design of optimal waveforms for MIMO radar via multi-dimensional iterative spectral approximation,Zhao Y N,Li F C,Zhang T；Multidmsyst sign process,11045-01400288-1,2014)，但交替投影算法对于凸范数求解亦存在局部停滞而难以收敛(见文献：An alternating projection that does not converge in norm,Hundal H S,Nonlinear Analysis:Theory,Methods&Applications,2004,57(1):35-61),而松弛投影算法作为一种高效且耗时较少算法可获得稳定的一致性全局解(见文献：Relaxed alternating projection methods,A.Cegielski,A.Suchocka,SIAM Journal on Optimization,vol.19(3),2008,pp.1093-1106)，但该算法在保证LFM噪声波形幅度约束条件下却难以获得LFM波形的近似二次相位特性。
技术实现思路
：本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种能够使得所设计波形具有多普勒容忍性、低自相关旁瓣及低截获概率特性，并且算法耗时少、鲁棒性高，有利于提升雷达针对运动目标信息获取性能的恒模LFM复合波形在线设计方法。本专利技术通过以下措施达到：步骤1：构造LFM复合波形信号模型；为保证发射机工作在饱和状态，假定码长为N的离散基带恒模LFM波形可表示为：s＝[s(1) s(2) ... s(N)]T，其中，s(n)＝exp(jπμ·(n-1)2),n∈{1,...,N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雷达LFM复合波形设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：构造LFM复合波形信号模型，为保证发射机工作在饱和状态，假定码长为N的离散基带恒模LFM波形可表示为：s＝[s(1) s(2) ... s(N)]T，其中，s(n)＝exp(jπμ·(n‑1)2),n∈{1,...,N}，μ为LFM波形的调频斜率，exp(·)表示指数函数；另外，假定恒模随机相位波形可表示为：p＝[p(1) p(2) ... p(N)]T，其中，p(n)＝exp(jρn)，相位ρn服从[‑π,π]的均匀分布；构造LFM复合波形为LFM波形和随机相位波形两部分构成，该LFM复合波形可视为LFM波形的确定性二次相位与随机相位波形的随机相位线性相加，表示为：其中，β为相位比例因子，⊙表示按元素的Hadamard积；步骤2：构造相应的低旁瓣谱逼近目标函数；考虑到场景中强散射体(大目标)通过波形自相关旁瓣来干扰对小目标的信息获取，假定待测小目标位于第pth距离单元，为弱化临近距离单元强散射体旁瓣干扰，应使发射波形具有低自相关旁瓣特性；考虑到接收端滤波器可视为波形的相关函数，应使发射波形的自相关函数满足如下条件：其中，α(·)表示波形的自相关函数序列，表示理想波形，表示模板向量来指示旁瓣区间，即对于强散射体旁瓣遮蔽干扰问题，设计波形x应使得如下目标函数J(x)最小化，即：minxJ(x)=||α(x)-α(x~)||2---(3)]]>其中，||·||表示欧式范数；另由Parseval等价性可知：||α(x)-α(x~)||2=||FN^α(x)-FN^α(x~)||2---(4)]]>这里表示离散傅里叶变换矩阵，表示自相关函数的傅里叶变换，即功率谱；令和f分别表征理想波形和设计波形的频谱，即C为扩展矩阵，其通过扩充零元素使得矩阵运算时维度一致；易得：(·)*表示取共轭操作；因此，可将非周期序列自相关函数的旁瓣优化抑制问题转化成恒模约束条件下的频谱逼近问题，目标函数可进一步写为：步骤3：构造满足目标函数的恒模LFM复合波形约束条件；发射机功率最大化利用需要求波形满足恒模约束，同时考虑LFM复合波形的多普勒容忍性需要求设计波形相位满足二次相位约束，即：这里表示取相位函数；步骤4：构造迭代谱逼近松弛投影相位修正算法框架求解；当0＜β＜1时，LFM复合波形的相位项是LFM波形的二次相位项和随机相位波形的随机相位项的线性组合，为保证LFM复合波形具备LFM波形的多普勒容忍性，需对随机相位项pn进行优化来降低相关旁瓣功率水平，并对LFM复合波形整体相位添加约束；其中构造迭代谱逼近松弛投影相位修正算法如下：步骤4‑1：初始化波形序列：x＝[x(1) x(2) ... x(N)]T，这里另外，设定算法循环优化次数K；步骤4‑2：获得待设计波形频谱：步骤4‑3：添加幅度约束与相位约束，令对于向量g中每一元素利用以下公式修正：步骤4‑4：引入松弛交替投影框架：式中λ表示松弛算子；δ(·)表示加速因子，如下：步骤4‑5：定义松弛交替投影中相邻两次迭代过程中时域波形变化量：||x(k)‑x(k+1)||＜ε   (11)其中，x(i)(n)表示第i次迭代时域解；若相邻两次迭代产生差值||x(k)‑x(k+1)||小于给定误差ε或算法迭代次数大于给定总数K，则算法停止并输出，否则继续2)‑5)。...

【技术特征摘要】
1.一种雷达LFM复合波形设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：构造LFM复合波形信号模型，为保证发射机工作在饱和状态，假定码长为N的离散...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宜楠，冯翔，潘恒康，赵占锋，周志权，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37