一种提高脉冲多普勒雷达检测性能的二相调制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种提高脉冲多普勒雷达检测性能的二相调制方法及装置，该方法包括：基于脉冲多普勒雷达获取的历史数据，构造矩阵；基于MM和FISTA迭代求解优化问题，得到优化问题的解；对所述优化问题的解进行随机化处理，得到若干组候选二相调制码；计算候选调制码中的信干噪比，选择其中信干噪比最大者为脉冲多普勒雷达的二相调制码；基于所述脉冲多普勒雷达的二相调制码对脉冲多普勒雷达系统的发射信号脉冲进行同相或者反相调制。根据本发明专利技术的方案，提高脉冲多普勒雷达的输出信干噪比，改善脉冲多普勒雷达在干扰中的目标检测性能，降低了计算机复杂度；利于在嵌入式平台实现；可实现与现有的脉冲多普勒雷达系统兼容，升级改造成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种提高脉冲多普勒雷达检测性能的二相调制方法及装置
本专利技术涉及雷达领域，尤其涉及一种提高脉冲多普勒雷达检测性能的二相调制方法及装置。
技术介绍
脉冲多普勒雷达是在动目标显示雷达基础上发展起来的一种雷达系统。脉冲多普勒雷达采用相参发射和相参接收，同时具备了常规脉冲雷达的测距能力和连续波雷达的测速能力。通过对目标回波进行相参积累和频域滤波处理，脉冲多普勒雷达有很强的杂波和干扰抑制能力。目前脉冲多普勒雷达已经广泛应用于机载预警机、机载战斗机等平台，军事效益显著。在实际工作环境中，雷达回波中难免混入各种有意或无意的干扰信号。干扰信号的存在往往会使得雷达系统性能恶化。在雷达信息处理中，一种比较常见的做法是在接收端设计自适应滤波器来抑制干扰，进而改善雷达系统性能。近年来，雷在系统发射端的信号设计引起了极大的关注。研究表明，通过对雷达发射信号进行优化设计，能够获得更好的目标检测、参数估计和跟踪识别能力。雷达信号设计包括对雷达信号脉内的设计和对雷达信号脉间的设计，实现难度和成本都很高。意大利学者DeMaio在文献“DesignofPhaseCodesforRadarPerformanceOptimizationWithaSimilarityConstraint[J].IEEETransactionsonSignalProcessing,2009,57(2):610-621.”中提出采用半正定松弛（SemidefiniteRelaxation,SDR）的编码优化方法，对脉冲多普勒雷达的慢时间调制码进行优化，如图1所示。该方法假设干扰协方差矩阵已知，构造的优化问题如下式：采用的优化方法为：（1）松弛处理，松弛后的优化问题为：其中，C为M×M的半正定矩阵，diag(C)为C的对角元素构成的向量，1为维数为M的全1矢量，0为M×M的全0矩阵。上述优化问题是一个半正定规划问题，可以在MATLAB等软件中调用CVX等工具包求解；（2）随机化和二相码优选：将随机化次数记为Nr，在[0,2π)区间内随机生成相位。根据生成的随机相位产生Nr个二相调制码：其中为算法产生的第n个二相调制码，为的第m个码元，为ccm第m个码元的相位。接下来从中选出使得信干噪比最大的一组作为最终的二相调制码c：，n=1,2,…,Nr。但该方法计算复杂度高，性能也更差。依赖于外部软件包，只能利用MATLAB、R等外部软件调用，不利于在嵌入式平台实现。该方法优化得到的二相调制码性能不高，有待提升。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种提高脉冲多普勒雷达检测性能的二相调制方法及装置，所述方法及装置，用以解决现有技术中计算复杂度高、性能差，输出信干噪比效果差、不利于在嵌入式平台实现，该方法优化得到的二相调制码性能不高的问题。根据本专利技术的第一方面，提供一种提高脉冲多普勒雷达检测性能的二相调制方法，所述方法包括以下步骤：步骤S301：基于脉冲多普勒雷达获取的历史数据，构造干扰协方差矩阵R，再构造矩阵M，，其中，，j为虚数单位，fd为待检目标的多普勒频率，M’为一个相参处理间隔内发射的雷达脉冲数，Tr为脉冲多普勒雷达的脉冲重复间隔，ut为时域导引矢量；ut*为矢量ut的共轭转置，utT为矢量ut的转置；取矩阵M每一个元素的实部构成矩阵MR，即MR(i,j)=Re(M(i,j))，其中，M(i,j)为矩阵M的第i行、第j列的元素，MR(i,j)为矩阵MR第i行、第j列的元素；步骤S302：基于MM和FISTA迭代求解优化问题，得到优化问题的解，所述优化问题为：其中，c为雷达调制码，cH代表矢量c的共轭转置，cm为慢时间调制码；步骤S303：对所述优化问题的解进行随机化处理，得到若干组候选二相调制码；计算候选调制码中的信干噪比，选择其中信干噪比最大者为脉冲多普勒雷达的二相调制码；步骤S304：基于所述脉冲多普勒雷达的二相调制码对脉冲多普勒雷达系统的发射信号脉冲进行同相或者反相调制。进一步地，所述步骤S302：基于MM和FISTA迭代求解优化问题，得到优化问题的解，所述优化问题为：其中，c为雷达调制码，cH代表矢量c的共轭转置，MM为Minorization-maximization方法，所述步骤S302，包括：步骤S3021：令k表示当前已经迭代的次数，初始化k值为0；采用随机生成的相位编码信号作为ck，其中，j为虚数单位，为均匀分布在[0,2π)区间内的随机变量，计算ck的目标函数Objk，Objk=ckHMRckckH为ck的共轭转置；初始化dk=ck，tk=1，dk为FISTA算法中的过程变量，tk为FISTA算法中的权重设置；步骤S3022：计算ck+1和dk+1，xk+1=MRdkck+1=exp(jarg(xk+1))计算ck+1的目标函数Objk+1：Objk+1=ck+1HMRck+1其中，ck+1H为ck+1的共轭转置；步骤S3023：依据判断准则判断是否收敛，判断准则为：|Objk+1-Objk|<Ɛ其中Ɛ为1×10-6，如果Objk+满足所述判断准则，则收敛，进入步骤S3024；否则，将k赋值为k+1，进入步骤S3022；步骤S3024：将ck+1赋值给ccm，ccm为优化问题的解。进一步地，所述步骤S303：对所述优化问题的解进行随机化处理，得到若干组候选二相调制码；计算候选调制码中的信干噪比，选择其中信干噪比最大者为脉冲多普勒雷达的二相调制码；包括：步骤S3031：设置随机化次数Nr，在[0，2π)区间内随机生成随机相位；步骤S3032：根据所述随机相位产生Nr个二相调制码：其中为产生的第n个二相调制码，为的第m个码元，为ccm第m个码元的相位；接下来从中选出使得信干噪比最大的一组作为最终的二相调制码c，n=1,2,…,Nr，其中，为cn的共轭转置。进一步地，所述步骤S304：基于所述脉冲多普勒雷达的二相调制码对脉冲多普勒雷达系统的发射信号脉冲进行同相或者反相调制，即为根据所述脉冲多普勒雷达的二相调制码对脉冲多普勒雷达系统的发射信号脉冲进行同相或者反相慢时间调制，对每一个脉冲的回波信号采用相同的匹配滤波器，包括：基于所述脉冲多普勒雷达的二相调制码对脉冲多普勒雷达系统的发射信号脉冲进行同相或者反相调制，对于调制后的脉冲多普勒雷达，第m个脉冲的回波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高脉冲多普勒雷达检测性能的二相调制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S301：基于脉冲多普勒雷达获取的历史数据，构造干扰协方差矩阵

【技术特征摘要】
1.一种提高脉冲多普勒雷达检测性能的二相调制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S301：基于脉冲多普勒雷达获取的历史数据，构造干扰协方差矩阵R，再构造矩阵M，

，
其中，，j为虚数单位，fd为待检目标的
多普勒频率，M’为一个相参处理间隔内发射的雷达脉冲数，Tr为脉冲多普勒雷达的脉冲重
复间隔，ut为时域导引矢量；ut*为矢量ut的共轭转置，utT为矢量ut的转置；
取矩阵M每一个元素的实部构成矩阵MR，即

M

R

(i,j)=Re(M(i,j))，

其中，M(i,j)为矩阵M的第i行、第j列的元素，MR(i,j)为矩阵MR第i行、第j列的元素；
步骤S302：基于MM和FISTA迭代求解优化问题，得到优化问题的解，所述优化问题为：



其中，c为雷达调制码，cH代表矢量c的共轭转置，cm为慢时间调制码；
步骤S303：对所述优化问题的解进行随机化处理，得到若干组候选二相调制码；计算候选调制码中的信干噪比，选择其中信干噪比最大者为脉冲多普勒雷达的二相调制码；
步骤S304：基于所述脉冲多普勒雷达的二相调制码对脉冲多普勒雷达系统的发射信号脉冲进行同相或者反相调制。


2.如权利要求1所述的提高脉冲多普勒雷达检测性能的二相调制方法，其特征在于，所述构造干扰协方差矩阵R，再构造矩阵M，包括：
从脉冲多普勒雷达在上一个CPI或更早时间获得的雷达回波数据中，选取待检目标距离单元邻近单元的快拍数据z1,z2,…,zL，构造干扰协方差矩阵R，



其中，L为选取的快拍数据数，L≧2M’；H为共轭转置。


3.如权利要求1所述的提高脉冲多普勒雷达检测性能的二相调制方法，其特征在于，所述步骤S302：基于MM和FISTA迭代求解优化问题，得到优化问题的解，所述优化问题为：



其中，c为雷达调制码，cH代表矢量c的共轭转置，MM为Minorization-maximization方法，所述步骤S302，包括：
步骤S3021：令k表示当前已经迭代的次数，初始化k值为0；采用随机生成的相位编码信号作为ck，



其中，j为虚数单位，为均匀分布在[0,2π)区间内的随机变量，计算ck的
目标函数Objk，

Obj

k
=ckHMRck

c

k


H
为ck的共轭转置；
初始化dk=ck，tk=1，dk为FISTA算法中的过程变量，tk为FISTA算法中的权重设置；
步骤S3022：计算ck+1和dk+1，

x

k+1

=M

R

d

k



c

k+1
=exp(jarg(x

k+1

))







计算ck+1的目标函数Objk+1：

Obj

k+1
=ck+1HMRck+1
其中，ck+1H为ck+1的共轭转置；
步骤S3023：依据判断准则判断是否收敛，判断准则为：

|Obj

k+1

-Obj

k

|<Ɛ

其中Ɛ为1×10-6，如果Objk+满足所述判断准则，则收敛，进入步骤S3024；否则，将k赋值为k+1，进入步骤S3022；
步骤S3024：将ck+1赋值给ccm，ccm为优化问题的解。


4.如权利要求1所述的提高脉冲多普勒雷达检测性能的二相调制方法，其特征在于，所述步骤S303：对所述优化问题的解进行随机化处理，得到若干组候选二相调制码；计算候选调制码中的信干噪比，选择其中信干噪比最大者为脉冲多普勒雷达的二相调制码；包括：
步骤S3031：设置随机化次数Nr，在[0，2π)区间内随机生成随机相位

；
步骤S3032：根据所述随机相位产生Nr个二相调制码：



其中为产生的第n个二相调制码，为的第m个码元，为ccm第m个码
元的相位；接下来从中选出使得信干噪比最大的一组作为最终的二相调制码c，n=1,2,
…,Nr，



其中，为cn的共轭转置。


5.如权利要求1所述的提高脉冲多普勒雷达检测性能的二相调制方法，其特征在于，所述步骤S304：基于所述脉冲多普勒雷达的二相调制码对脉冲多普勒雷达系统的发射信号脉冲进行同相或者反相调制，即为根据所述脉冲多普勒雷达的二相调制码对脉冲多普勒雷达系统的发射信号脉冲进行同相或者反相慢时间调制，对每一个脉冲的回波信号采用相同的匹配滤波器，包括：
基于所述脉冲多普勒雷达的二相调制码对脉冲多普勒雷达系统的发射信号脉冲进行同相或者反相调制，对于调制后的脉冲多普勒雷达，第m个脉冲的回波经过下变频处理后，为：



其中，为目标回波幅度，为目标回波双程时延，fd为目标的多普勒频率，n(t)为噪
声和干扰信号，u(t-(m-1)Tr-)为第m个脉冲经过双程时延后的回波信号，t为快时间变
量，Tr为脉冲多普勒雷达的脉冲重复间隔；对下变频之后的信号进行匹配滤波，其中匹配滤
波器的冲激响应为h(t)=p*(-t)，p(-t)表示基带波形p(t)的镜像信号，p*(-t)表示p(-t)的
共轭，则匹配滤波器的输出为



其中τ为时延变量，τt为目标时延，u*(τ-t)为u(τ-t)的共轭，为模糊函数在二维平面的输出，v(t)为干扰信号的输出，是u(t)的模糊函数；




为u(t)的共轭，u(t)为雷达发射信号，u(τ-t)为u(t-τ)的镜像信号,u(t-τ)
为雷达发射信号u(t)经过时延τ后的信号；
令tm=(m-1)Tr+τt，则



其中，为目标幅度，为模糊函数在(0,fd)
的输出,v(tm)为噪...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐波，史英春，张硕，王贵生，樊甫华，黄中瑞，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43