用于脉冲压缩雷达系统的波形及滤波器设计方法技术方案

本发明专利技术提出一种应用于相位编码的脉冲压缩雷达系统中，用于雷达的波形及滤波器设计方法。技术方案是，联合设计发射波形和接收端的滤波器，使得接收信号的脉冲压缩积分旁瓣水平最低。其中创新点为，在发射波形恒模和脉冲压缩主瓣峰值损耗约束下，对雷达脉冲压缩积分旁瓣水平进行抑制；在计算最优的发射波形和接收端的滤波器时，利用目标函数和约束条件通过两层循环过程依次更新接收端滤波器和发射波形。本发明专利技术提高了雷达低脉冲压缩旁瓣设计问题的自由度；降低脉冲压缩雷达脉冲压缩旁瓣水平；得到给定滤波器情况下的最优发射波形。得到给定滤波器情况下的最优发射波形。得到给定滤波器情况下的最优发射波形。

【技术实现步骤摘要】
用于脉冲压缩雷达系统的波形及滤波器设计方法


[0001]本专利技术属于雷达
，涉及一种用于目标探测的雷达波形及滤波器设计方法。

技术介绍

[0002]脉冲压缩雷达系统通过发射一种大时间带宽积信号提高雷达作用距离，而在接收端通过脉冲压缩提高雷达的距离分辨率，有效地解决了雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾
[1]，在目标探测和成像领域得到广泛应用。
[0003]脉冲压缩雷达系统中，脉冲压缩性能通常用脉冲压缩的旁瓣水平、主瓣峰值损耗和主瓣宽度等来衡量，是影响系统性能的关键
[2]。脉冲压缩性能对雷达系统性能的影响主要包括：一方面，峰值旁瓣会影响弱目标检测和成像，高峰值旁瓣水平会导致强散射目标的旁瓣对弱散射目标形成遮掩；另一方面，积分旁瓣会影响成像性能，高积分旁瓣水平会降低对分布式目标的成像和探测能力。
[0004]脉冲压缩雷达系统按照发射信号的调制方式进行分类，包括线性调频的脉冲压缩雷达系统、线性调频的脉冲压缩雷达系统和相位编码的脉冲压缩雷达系统。在相位编码的脉冲压缩雷达系统中，为提高雷达脉冲压缩性能，通过抑制脉冲压缩旁瓣水平来实现。现有方法中，主要通过波形设计或者滤波器设计两类方法实现脉冲压缩旁瓣抑制。如波形设计方法通过对发射波形的频率或者相位进行编码设计，以降低发射信号自相关函数的积分旁瓣水平，例如，巴克码
[3]、Frank序列
[3]、Golomb序列
[3]、CAN序列
[4]和MM序列
[5,6]。如滤波器设计方法通过对接收端的滤波器进行优化设计，以降低接收信号的非匹配滤波脉冲压缩旁瓣水平，这种方法参见文献
[7]。上述两类方法仅仅孤立地考虑了发射端波形设计或者接收端滤波器设计，而没有考虑两者之间的相互影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提高雷达脉冲压缩性能，基于发射波形和接收端滤波器联合设计、同时优化的思路，提出一种新的用于脉冲压缩雷达的波形及滤波器设计方法，使得雷达发射波形经过接收端滤波器后能够更好地抑制脉冲压缩旁瓣水平。
[0006]本专利技术的技术方案是，一种用于脉冲压缩雷达的波形及滤波器设计方法，应用于相位编码的脉冲压缩雷达系统中，其特征在于，联合设计发射波形和接收端的滤波器，使得接收信号的脉冲压缩积分旁瓣水平最低。
[0007]进一步地，在发射波形恒模和脉冲压缩主瓣峰值损耗约束下，对雷达脉冲压缩积分旁瓣水平进行抑制。其中脉冲压缩主瓣峰值损耗可通过下式计算：
[0008]10lg((h
H
x)(h
H
x)/(h
H
h)(x
H
x))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0009]因此，通过约束脉冲压缩峰值和调整接收端滤波器能量可以对恒模发射波形的理想脉冲压缩主瓣峰值损耗进行控制。
[0010]进一步地，采用下述目标函数和约束条件计算最优的发射波形和接收端的滤波器
h，其中计算最优的发射波形即确定雷达发射信号x：
[0011][0012]其中，上标H表示共轭转置运算，||表示取模运算，b
max
表示接收信号经过非匹配滤波后得到的脉冲压缩峰值，雷达发射信号为x＝[x1,x2,
…
,x
n
,
…
,x
N
]，接收端的滤波器h＝[h1,h2,
…
,h
N
]，N表示雷达发射信号长度。矩阵W表示维度为2N
‑
1的对角方阵，除了第N个对角元素等于0之外，其余对角元素为1，且对角元素之外的元素均为0。利用接收端滤波器h，接收矩阵Λ(h)可根据下式计算得到：
[0013][0014]进一步地，公式(1)中目标函数和约束条件等价于：
[0015][0016]其中，利用接收端滤波器x，接收矩阵Φ(x)可根据下式计算得到：
[0017][0018]进一步地，在计算最优的发射波形和接收端的滤波器时，利用目标函数和约束条件通过两层循环过程依次更新接收端滤波器和发射波形。
[0019]进一步地，利用目标函数和约束条件更新接收端滤波器时，采用拉格朗日乘数法更新接收端滤波器。
[0020]进一步地，利用目标函数和约束条件更新发射波形时，采用交替方向乘子方法更新发射波形。
[0021]采用本专利技术可取得以下技术效果
[0022]本专利技术通过联合设计雷达发射波形和接收端滤波器，提高了雷达低脉冲压缩旁瓣设计问题的自由度；利用目标函数循环迭代优化方法，使得发射波形和接收端滤波器同时达到最优，目标函数的最小值表示雷达脉冲压缩旁瓣达到最小值，从而进一步降低脉冲压缩雷达脉冲压缩旁瓣水平；通过拉格朗日乘数法，可以快速求解，得到给定发射波形下的最优接收端滤波器；通过交替方向乘子方法，可以优化非凸波形设计子问题，得到给定滤波器情况下的最优发射波形。仿真实验结果表明本专利技术能够有效降低脉冲压缩的积分旁瓣水平和峰值旁瓣水平，且脉冲压缩信号处理增益损耗可控。本专利技术在脉冲压缩雷达目标检测、成
像中有广泛的应用前景。
附图说明
[0023]图1是本专利技术优化设计波形和滤波器设计流程图；
[0024]图2是利用本专利技术在主瓣峰值损耗0.08dB情况下进行仿真实验得到的相关结果；
[0025]图3是利用本专利技术在主瓣峰值损耗0.5dB情况下进行仿真实验得到的相关结果；
[0026]图4是利用本专利技术在主瓣峰值损耗1dB情况下进行仿真实验得到的相关结果；
[0027]图5是利用本专利技术在主瓣峰值损耗2dB情况下进行仿真实验得到的相关结果；
具体实施方式
[0028]本专利技术采用一种循环迭代的优化过程，同时对雷达发射波形和接收端滤波器进行优化设计。如图1所示，本专利技术提供的设计方法包含两层迭代循环：第一层迭代循环过程，如图所示的标记为2至4的过程，对接收端滤波器进行优化设计；第二层迭代循环过程，如图所示的标记为3a至3b的过程，对发射波形优化。采用两层循环的目的是将双变量联合优化问题分解为两个单变量优化问题，简化问题优化难度。详细过程为：
[0029]步骤1，初始化输入参数；利用随机相位编码序列生成初始化发射波形，得到雷达发射信号x＝[x1,x2,
…
,x
n
,
…
,x
N
]的初始值，利用随机相位编码序列生成中间变量y＝[y1,y2,
…
,y
n
,
…
,y
N
]的初始值，利用随机相位编码序列生成λ的初始值，利用随机数生成μ的初始值。根据实际情况，设置两层循环的最大迭代次数。
[0030]步骤2a，用p表示第一层迭代次数，记第p
‑
1次优化得到的发射波形x
p
‑1。当p＝1时，x
p
‑1为步骤1初始化得到的波形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于脉冲压缩雷达的波形及滤波器设计方法，应用于相位编码的脉冲压缩雷达系统中，其特征在于，联合设计发射波形和接收端的滤波器，使得接收信号的脉冲压缩积分旁瓣水平最低。2.根据权利要求1所述的用于脉冲压缩雷达的波形及滤波器设计方法，其特征在于，在发射波形恒模和脉冲压缩主瓣峰值损耗约束下，对雷达脉冲压缩积分旁瓣水平进行抑制，其中脉冲压缩主瓣峰值损耗通过下式计算：10lg((h
H
x)(h
H
x)/(h
H
h)(x
H
x))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，上标H表示共轭转置运算，雷达发射信号为x＝[x1,x2,
…
,x
n
,
…
,x
N
]，接收端的滤波器h＝[h1,h2,
…
,h
N
]，N表示雷达发射信号长度。3.根据权利要求2所述的用于脉冲压缩雷达的波形及滤波器设计方法，其特征在于，采用下述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德鑫，周凯，粟毅，董臻，何峰，何志华，刘涛，宋晓骥，陈诚，丁云华，黄雅文，
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：