面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法技术

本发明专利技术属于MIMO雷达技术领域，特别涉及一种面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法，包含：首先，采用OFDM信号作为发射信号，每个天线上发送所有子载波，建立基于OFDM信号的MIMO雷达发射信号模型；其次，采用COD方法设计编码矩阵，实现各天线发射信号之间相互正交，获得空间分集增益；然后，将发射波形的旁瓣抑制问题构造为优化问题，以最小化积分旁瓣电平建立目标函数，并利用BFGS算法进行求解，获取发射波形序列。本发明专利技术有效解决MIMO雷达在临近目标分辨中无法兼顾高分辨和低旁瓣的问题；利用FFT实现OFDM信号的调制解调，运算效率高；采用距离旁瓣抑制算法可以根据实际带宽需求的大小进行自适应选择，提高了波形设计方法的灵活性和适应性，具有较好的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法
本专利技术属于MIMO雷达
，特别涉及一种面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法。
技术介绍
随着雷达距离分辨力的不断提高，临近目标的分辨问题已经成为雷达系统的重要研究内容。衡量临近目标分辨能力优劣的主要因素是距离分辨力和距离旁瓣的大小。MIMO雷达的波形分集和空间分集特性在临近目标分辨方面具有极大优势，然后，随着雷达工作环境日益复杂，强杂波、干扰、多路径等因素会使传统波形匹配滤波后产生较高的距离旁瓣，导致了临近目标分辨中弱目标淹没和不同目标主旁瓣混叠的问题。因此，如何设计高分辨、低旁瓣的MIMO雷达发射波形成为了亟待解决的问题。传统方法无法兼顾这两者的效能，不能很好地分辨临近目标。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法，解决现有技术在临近目标分辨领域不能有效兼顾高分辨和低距离旁瓣性能的问题。按照本专利技术所提供的设计方案，一种面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法，包含：采用OFDM信号作为发射信号，每个天线上发送所有子载波，建立基于OFDM信号的MIMO雷达发射信号模型；采用COD方法设计编码矩阵，实现各天线发射信号之间相互正交，获得空间分集增益；将发射波形的旁瓣抑制问题构造为优化问题，以最小化积分旁瓣电平建立目标函数，并利用BFGS算法进行求解，获取发射波形序列。上述的，该MIMO雷达波形设计方法具体步骤如下：步骤1：构造基于OFDM信号的MIMO雷达发射模型；步骤2：以单个脉冲信号的积分旁瓣电平构造目标函数，建立优化模型；步骤3：根据优化模型，判断待优化序列长度N，若N<1500，则采用BFGS算法优化脉冲信号，若N>1500，采用LBFGS算法；步骤4：若当前序列满足停止条件，重复步骤3，直到所有脉冲均满足停止条件；步骤5：利用COD构造其他天线上的编码序列，根据得到的编码序列求出发射波形序列。上述的，步骤1包含如下内容：假设MIMO雷达有M根发射天线，RX根接收天线，每根天线在一个相干处理间隔CPI内顺次发射Q个脉冲，每个脉冲均包含N个子载波，通过表示第m根天线的第q个脉冲上的OFDM编码序列，其中，通过IFFT变换后该脉冲上对应的OFDM序列为：，则每个脉冲上需要优化编码序列S(q)采用恒模相位编码调制PSM，其中，表示相位参量。上述的，步骤2包含内容如下：每根天线发射信号的积分旁瓣电平ISL表示为：，通过最小化ISL构造优化模型，具体表示为：其中，优选的，步骤3中优化脉冲信号，具体包含如下内容：步骤31、预设终止误差0≤ε≤1，满足||Φ(i)-Φ(i+1)||<ε；步骤32、选择已有序列或随机序列作为初始序列矩阵ΦN×M；步骤33、计算每根天线上每个脉冲的目标函数JISL和其对应梯度步骤34、求解搜索长度，更新Hessian矩阵，求出新的搜索方向；步骤35、计算新的编码序列的相位矩阵ΦN×M；步骤36、返回步骤33循环迭代，直到满足停止条件。优选的，步骤5包含如下内容：假设有一组复变量x1,x2,...,xQ，COD采用其复变量的变形，构建一个M×Q的行正交矩阵X，满足XXH＝(|x1|2+…+|xQ|2)IM；不同天线不同脉冲的同频子载波矩阵表示为：；利用COD方法使得序列Sm,r和Sm′,r正交，其中，m≠m′，1≤m,m′≤M，Sm,r是Sr的第m行，实现MIMO雷达发射正交波形的要求。更进一步地，COD采用其复变量的变形，其中，复变量的变形包含如下内容：针对复变量±x1,±x2,...,±xQ，取共轭通过计算方式获取复变量的变形。优选的，通过计算公式获取复变量的变形，所述的计算公式表示为：将取共轭的结果和相乘。本专利技术的有益效果：本专利技术针对雷达系统在临近目标分辨中存在距离旁瓣过高的问题，导致弱目标淹没、临近目标回波主旁瓣混叠等现象，采用OFDM信号作为发射信号，每个天线上发送所有子载波，以此保证高分辨特性；其次，采用COD方法设计编码矩阵，实现各天线发射信号之间相互正交，获得空间分集增益；然后，将发射波形的旁瓣抑制问题构造为优化问题，以最小化积分旁瓣电平建立目标函数，并利用BFGS算法进行求解。有效解决MIMO雷达在临近目标分辨中无法兼顾高分辨和低旁瓣的问题；利用FFT实现OFDM信号的调制解调，运算效率高；采用距离旁瓣抑制算法可以根据实际带宽需求的大小进行自适应选择，提高了波形设计方法的灵活性和适应性。通过仿真试验，进一步验证本专利技术具有良好的正交性和高分辨特性，并且较现有方法具有更好的旁瓣抑制特性和较低的运算复杂度，具有较好的实际应用价值。附图说明：图1为实施例一的方法流程图；图2为实施例二中波形设计方法的流程图；图3为实施例二中信号模型示意图；图4为实施例二中BFGS算法的流程图；图5为实施例三方法的收敛曲线；图6为实施例三中优化后各天线上所有脉冲的距离模糊函数示意图；图7为实施例三中与其他算法的距离模糊函数对比图；图8为实施例三中在初始序列不同时的模糊函数对比图；图9为实施例三中在带宽不同时的模糊函数对比图；图10为实施例三中运行时间和旁瓣深度随带宽的变化趋势图；具体实施方式：下面结合附图和技术方案对本专利技术作进一步清楚、完整的说明，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。针对雷达系统在临近目标分辨中存在距离旁瓣过高的问题，导致弱目标淹没、临近目标回波主旁瓣混叠等现象，实施例一，参见图1所示，本实施例提供一种面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法，包含如下内容：101、采用OFDM信号作为发射信号，每个天线上发送所有子载波，建立基于OFDM信号的MIMO雷达发射信号模型；102、采用COD方法设计编码矩阵，实现各天线发射信号之间相互正交，获得空间分集增益；103、将发射波形的旁瓣抑制问题构造为优化问题，以最小化积分旁瓣电平建立目标函数，并利用BFGS算法进行求解，获取发射波形序列。针对雷达工作环境中弱目标淹没和不同目标主旁瓣混叠等问题，通过兼顾高分辨率、低旁瓣实现MIMO雷达发射波形的设计，能够较好地分辨临近目标，对雷达系统中临近目标的分辨技术具有重要指导意义。实施例二，参见图2所示，一种面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法，具体包含如下步骤：步骤1：构造基于OFDM信号的MIMO雷达发射模型。假设MIMO雷达有M根发射天线，RX根接收天线。每根天线在一个相干处理间隔(CoherentProcessingInterval,CPI)内顺次发射Q个脉冲，每个脉冲均包含N个子载波，表示第m根天线的第q个脉冲上的OFDM编码序列，其中则该脉冲上对应的时域信号为：，其中，Tr为一个CPI内相邻的两个OFDM脉冲间的时间间隔，T为脉冲持续时间，子载波间隔Δf＝1/T＝B/N，本实施例的发射信号模型示意图见图3。由于OFDM信号本身特殊的结构和子载波间隔，可以用高效的反傅里叶变换(InverseFastFourierTransform,IFFT)来实现OFDM序列的低复杂度生成。基于上述理论，OFDM信号序列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法，其特征在于，包含：采用OFDM信号作为发射信号，每个天线上发送所有子载波，建立基于OFDM信号的MIMO雷达发射信号模型；采用COD方法设计编码矩阵，实现各天线发射信号之间相互正交，获得空间分集增益；将发射波形的旁瓣抑制问题构造为优化问题，以最小化积分旁瓣电平建立目标函数，并利用BFGS算法进行求解，获取发射波形序列。

【技术特征摘要】
1.一种面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法，其特征在于，包含：采用OFDM信号作为发射信号，每个天线上发送所有子载波，建立基于OFDM信号的MIMO雷达发射信号模型；采用COD方法设计编码矩阵，实现各天线发射信号之间相互正交，获得空间分集增益；将发射波形的旁瓣抑制问题构造为优化问题，以最小化积分旁瓣电平建立目标函数，并利用BFGS算法进行求解，获取发射波形序列。2.根据权利要求1所述的面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法，其特征在于，具体包含如下步骤：步骤1：构造基于OFDM信号的MIMO雷达发射模型；步骤2：以单个脉冲信号的积分旁瓣电平构造目标函数，建立优化模型；步骤3：根据优化模型，判断待优化序列长度N，若N<1500，则采用BFGS算法优化脉冲信号，若N>1500，采用LBFGS算法优化脉冲信号；步骤4：若当前序列满足停止条件，重复步骤3，直到所有脉冲均满足停止条件；步骤5：利用COD构造其他天线上的编码序列，根据得到的编码序列求出发射波形序列。3.根据权利要求2所述的面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法，其特征在于，步骤1包含如下内容：假设MIMO雷达有M根发射天线，RX根接收天线，每根天线在一个相干处理间隔CPI内顺次发射Q个脉冲，每个脉冲均包含N个子载波，通过表示第m根天线的第q个脉冲上的OFDM编码序列，其中，通过IFFT变换后该脉冲上对应的OFDM序列为：，则每个脉冲上需要优化编码序列S(q)采用恒模相位编码调制PSM，其中，表示相位参量。4.根据权利要求3所述的面向临近目标分辨的MIMO雷达波形设计方法，其特征在于，步骤2包含内容如下：每根天线发射信号的积分旁瓣电平ISL表示为：，通过最小化ISL构造优化模型，具体表示为：其中，

【专利技术属性】
技术研发人员：任修坤，柏婷，陈松，郑娜娥，吕品品，宋喜玉，田英华，张靖志，张龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军信息工程大学，
类型：发明
国别省市：河南,41