约束最大距离跨骑损失的雷达波形设计方法技术

本发明专利技术公开了一种约束最大距离跨骑损失的雷达波形设计方法。将距离跨骑损失纳入波形优化，减小了回波信号与匹配滤波器的失配。实现过程包括：确定相位调制多相码雷达波形相位编码向量初始值；对相位编码向量无约束优化设计；确定无失真时的最大距离跨骑损失公式；对相位编码向量进行约束无失真时的最大距离跨骑损失优化。本发明专利技术构建的无失真时的最大距离跨骑损失公式，将距离跨骑损失纳入波形优化中，还给出了距离跨骑损失容忍选取方案，提升了波形设计效率。本发明专利技术设计了自相关特性好，频谱收敛度高，多普勒容忍好的波形，相同情况下，该波形具有更低的距离跨骑损失。本发明专利技术应用于相位调制多相码雷达的波形设计。

Radar waveform design method of constrained maximum distance straddle loss

【技术实现步骤摘要】
约束最大距离跨骑损失的雷达波形设计方法
本专利技术属于雷达
，主要涉及波形设计方法，具体是一种约束最大距离跨骑失的雷达波形设计方法，用于相位调制多相码雷达的波形设计。
技术介绍
出于雷达最大作用距离的考虑，雷达的发射波形基本都是恒模的。多相码波形是一种常用的雷达波形，普通雷达多相码波形由一个个码片构成，码片内相位不变，而相邻码片间有相位突变。这样的波形易于分析与优化，而且目前也有了大量的设计算法，可以用来设计拥有良好自相关特性的多相码波形，有些算法甚至还将多普勒容忍等因素纳入了雷达多相码波形的设计中。线性调频信号也是一种常用的雷达发射波形，它的频谱是一个门函数，频谱收敛度极好；且它的多普勒容忍也很好，其模糊函数是著名的“斜刀刃”形；但是线性调频信号的自相关旁瓣太高，仅为-13.3分贝。普通多相码波形往往具有良好的自相关特性。但是它的频谱收紧度很差，而高功率的发射机的带宽是有限的，这不但会导致非线性失真，而且也会带来较大的发射功率损耗；普通多相码波形的多普勒容忍也很差，尽管已有将多普勒容忍纳入多相码波形设计的方法，但其效果根本不能和常用的线性调频信号相提并论。相位调制多相码雷达是一种针对传统雷达多相码波形的缺点提出的新体制雷达，它是基于连续相位调制框架的雷达。该体制雷达的多相码波形在每一个码片之中，相位是连续变化的，其变化规律由频率窗决定，其相位变化范围由多相编码决定，相邻码片之间没有相位突变。常用的频率窗有升余弦窗和矩形窗，特别的，矩形窗相位调制多相码雷达波形中每一个码片的相位是线性变化的，选择特定的多相编码向量，能够逼近线性调频信号。距离跨骑损失是指回波信号实际采样后与匹配滤波器失配而导致的信噪比损失，它由两方面的因素导致，一是回波信号的失真，二是采样偏差。由采样偏差导致的距离跨骑损失的本质，是目标回波延时作为连续的模拟量，被雷达接收机采样为数字量所造成的量化损失所导致的匹配滤波信噪比损失。这个代价是不可避免的，但目前没有把距离跨骑损失纳入相位调制多相码雷达波形设计中的方法。如果不将距离跨骑损失纳入波形设计之中，在较低的采样率下会造成较大的匹配滤波信噪比损失；如果要保持较小的匹配滤波信噪比损失，就要提高雷达接收机的采样率，这就对硬件平台提出了更高的要求。ShannonD.Blunt等人在提出相位调制多相码雷达这一新体制雷达后，还提出了一种基于相位调制多相码雷达的波形设计方法，该方法提出了循环轮转峰值旁瓣电平(PSL)，积分旁瓣电平(ISL)和频谱模板误差(FTE)三个优化准则，利用贪心算法，进行相位调制多相码雷达波形的相位编码向量的优化设计的方法。利用该方法设计得到的相位编码向量所对应的相位调制多相码雷达波形，具有良好的自相关特性和频谱收紧度。在仿真过程中，使用了ShannonD.Blunt等人设计的波形作为对比，简称Shannon波形。但是该方法没有将距离跨骑损失纳入波形设计之中，导致回波信号与匹配滤波器之间会有较大的失配，从而在匹配滤波时会有较大的信噪比损失。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提出一种约束最大距离跨骑损失的雷达波形设计方法。本专利技术是一种约束最大距离跨骑损失的雷达波形设计方法，其特征在于，包括有如下步骤：1)确定相位调制多相码雷达波形的相位编码向量的初始值：设相位调制多相码雷达系统允许发射的多相码波形的多相码码长为N，其接收机的采样率为K(采样数/码片时宽)，使用逼近线性调频信号的相位编码向量，作为相位调制多相码雷达波形的相位编码向量的初始值α0，即：其中是第n个码片的相位编码，其物理意义是该码片的相位变化范围，单位是rad，其取值范围是n是码片的下标，n＝1,2,...,N；2)对相位调制多相码雷达波形的相位编码向量进行无约束的优化设计：使用序列二次规划算法循环轮转三个优化准则，三个优化准则分别为：峰值旁瓣电平(PSL)，积分旁瓣电平(ISL),和频谱模板误差(FTE)，进行无约束的最小化，这三个优化准则的优化顺序可调；其中频谱模板误差(FTE)是指，雷达波形的频谱与用户设定的频谱模板的均方误差，其数学表达式如下：其中，FTE是频谱模板误差，|U(f)|是雷达波形的频谱，|W(f)|是用户设定的频谱模板，fH是用户设定的频谱模板的最高频率，fL是用户设定的频谱模板的最低频率，f是积分变量，取值范围是[fL,fH]；3)确定无失真条件下的最大距离跨骑损失公式：依据相位调制多相码雷达的频率窗的数学表达形式，利用匹配滤波公式，构建得到无失真条件下的最大距离跨骑损失的公式；4)对相位编码向量进行约束无失真条件下的最大距离跨骑损失的优化设计：以步骤2)得到的相位调制多相码雷达波形的相位编码向量作为初始点，约束无失真条件下的最大距离跨骑损失小于等于距离跨骑损失容忍常数ε，使用序列二次规划算法，最小化峰值旁瓣电平(PSL)，得到优化后的多相编码向量，依据该多相编码向量，结合波形的数学表达式，得到最终的拥有较小的距离跨骑损失的相位调制多相码雷达波形。其中，ε是一个用户自定义的距离跨骑损失容忍常数，0＜ε≤1。与现有技术相比，本专利技术的技术优势：1.因为本专利技术在相位调制多相码雷达波形的设计中，对无失真情况下波形的距离跨骑损失进行了约束，即对由于采样偏差导致的匹配滤波信噪比损失进行了约束，所以相对于此前的相位调制多相码雷达波形设计方法所设计的波形，在相同的情况下，本专利技术设计的多相码波形会具有更小的距离跨骑损失，从而在后续的信号处理中，目标检测更容易，目标参数获取精度也会提升；2.由于本专利技术提出的无失真条件下的距离跨骑损失的计算公式，为量化衡量雷达发射波形的因采样偏差导致的匹配滤波损失提供了方法。在相位调制多相码雷达系统确定的情况下，该公式使得无失真情况下的最大距离跨骑损失仅仅由多相编码向量决定，则距离跨骑损失成为了多相编码向量的非线性函数。这使得将距离跨骑损失纳入波形设计之中的想法，转换为了在波形优化过程中增加的一个非线性函数约束，使该想法变为了可具体实现的措施。3.本专利技术为用户提供了一种选取距离跨骑损失容忍常数ε的方法，0＜ε≤1，但是在绝大多数情况下，该区间内有很大一部分值是无失真情况下的最大距离跨骑损失不可能取到的值，而且ε的取值和雷达系统参数密切相关，调节起来比较复杂。不合适的ε值会导致该参数对优化过程没有有效的约束。如果依据经验选取ε，显然是十分低效的。本专利技术提出的ε的选取方法，相当于滤去了不合适的ε的取值范围，使得用户可以在合适的范围内选取符合设计需求的距离跨骑损失容忍常数ε，从而极大地提升了波形设计的效率。附图说明图1是本专利技术的流程图；图2是在采样率为1个采样数/码片时宽时设计的矩形窗相位调制多相码雷达波形的自相关图；图3是本专利技术在采样率为1个采样数/码片时宽时设计的矩形窗相位调制多相码雷达波形的发射失真前后频谱变化图；图4是本专利技术在采样率为1个采样数/码片时宽时设计的矩形窗相位调制多相码雷达波形的模糊函数图；图5是本专利技术设计波形，Shannon波形和线性调频信号经发射失真后的最大距离跨骑损失和采样率的关系曲线图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术详细说明。实施例1：雷达波形设计是一个历史非常悠久的课题，依据不同体制的雷达，往往会有不同形式的雷达波形，比如线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种约束最大距离跨骑损失的雷达波形设计方法，其特征在于，包括有如下步骤：1)确定相位调制多相码雷达波形的相位编码向量的初始值：设相位调制多相码雷达系统允许发射的多相码波形的多相码码长为N，其接收机的采样率为K，使用逼近线性调频信号的相位编码向量，作为相位调制多相码雷达波形的相位编码向量的初始值α

【技术特征摘要】
1.一种约束最大距离跨骑损失的雷达波形设计方法，其特征在于，包括有如下步骤：1)确定相位调制多相码雷达波形的相位编码向量的初始值：设相位调制多相码雷达系统允许发射的多相码波形的多相码码长为N，其接收机的采样率为K，使用逼近线性调频信号的相位编码向量，作为相位调制多相码雷达波形的相位编码向量的初始值α0，即：其中是第n个码片的相位编码，其物理意义是该码片的相位变化范围，单位是rad，其取值范围是n是码片的下标，n＝1,2,...,N；2)对相位调制多相码雷达波形的相位编码向量进行无约束的优化设计：使用序列二次规划算法循环轮转三个优化准则，三个优化准则分别为：峰值旁瓣电平，积分旁瓣电平,和频谱模板误差，进行无约束的最小化，这三个优化准则的优化顺序可调；其中频谱模板误差是指，雷达波形的频谱与用户设定的频谱模板的均方误差，其数学表达式如下：其中，FTE是频谱模板误差，|U(f)|是雷达波形的频谱，|W(f)|是用户设定的频谱模板，fH是用户设定的频谱模板的最高频率，fL是用户设定的频谱模板的最低频率，f是积分变量，取值范围是[fL,fH]；3)确定无失真条件下的最大距离跨骑损失公式：依据相位调制多相码雷达的频率窗的数学表达形式，利用匹配滤波公式，构建得到无失真条件下的最大距离跨骑损失的公式；4)对相位编码向量进行约束无失真条件下的最大距离跨骑损失的优化设计：以步骤2)得到的相位调制多相码雷达波形的相位编码向量作为初始点，约束无失真条件下的最大距离跨骑损失小于等于距离跨骑损失容忍常数ε，使用序列二次规划算法，最小化峰值旁瓣电平，得到优化后的多相编码向量，依据该多相编码向量，结合波形的数学表达式，得到最终的拥有较小的距离跨骑损失的相位调制多...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏伟，纠博，王春蕾，周生华，王鹏辉，
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