基于多时间尺度耦合网络的雷达抗干扰波形产生方法技术

本发明专利技术涉及雷达信号处理技术领域，且公开了于多时间尺度耦合网络的雷达抗干扰波形产生方法，其主要内容包括发射波形的产生与回波信号的处理，首先给出了MIMO雷达正交波形设计方法，然后将每个通道的MIMO雷达发射波形作为多时间尺度耦合网络的输入，从而产生一组用于宽带信号匹配滤波的参考信号组，最后给出所设计波形回波信号的处理方法。本发明专利技术目的在于设计一种具有较好正交性、抗干扰能力的MIMO雷达波形，用多时间尺度耦合网络产生宽带匹配滤波的参考信号，给出回波的处理方法；MIMO雷达各子阵之间的发射波形要满足正交性，以便在接收端能够通过匹配滤波区分各子阵之间的发射波形。形。形。

【技术实现步骤摘要】
基于多时间尺度耦合网络的雷达抗干扰波形产生方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理
，具体为基于多时间尺度耦合网络的雷达抗干扰波形产生方法。

技术介绍

[0002]波形设计是雷达研制过程中非常基础性的工作，既包括信号波形的选择和相关参数的优化，也包含匹配处理权值的优化。不同类型的波形设计方式存在较大的差距，但对于MIMO雷达，旁瓣抑制与波形的正交性始终是波形设计的焦点。
[0003]MIMO雷达的正交波形分为频分类正交波形和编码类正交波形，若只考虑使用频分类正交波形或者编码类正交波形，当MIMO雷达的子阵较多时，子阵之间的正交性会降低，影响MIMO雷达的若目标探测。同时，频分类正交波形若要获取较低的自相关旁瓣，需要的脉冲个数较多，因此相干处理周期比较长，不利于高速目标的测量。
[0004]根据转发式干扰机的干扰原理，截获接收机需要准确提取雷达发射信号的频率、相位、幅度以及脉位信息才能够对雷达起到干扰作用。本专利技术的MIMO雷达发射波形的参数自由度高，信号空间辐射功率低，增加干扰机精确提取雷达信号频率、相位和脉位信息带来了较大的难度。本专利技术的波形设计联合了考虑了波形的正交性和抗干扰能力。在线性调频脉冲串的基础上，单脉冲内进行了编码长度为M的相位编码，脉冲间进行了频率和脉位的随机捷变，通过遗传算法对波形优化后，使波形的频率、相位和脉位具有随机性，在确保波形的正交性的同时使波形具有抗转发式干扰的能力。
[0005]在回波信号处理上，传统信号处理是将回波信号作为窄带信号，对同一时刻各子阵回波脉冲进行匹配滤波，再通过相干积累和恒虚警处理得到目标的距离速度信息。传统窄带信号处理方法对宽带调制信号的回波处理需要对脉冲间进行复杂的相位补偿。此外，当目标处于高速运动状态，在相干处理周期内位移超过一个距离分辨单元，则按传统窄带回波处理误差较大。针对窄带处理算法误差较大的问题，本专利技术采用基于多时间尺度的宽带信号模糊函数匹配算法，提高目标距离速度测量精度。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了基于多时间尺度耦合网络的雷达抗干扰波形产生方法，针对上述
技术介绍
中的缺点，综合考虑波形的正交性和抗干扰性，给出了基于多时间尺度耦合网络的雷达抗干扰波形产生方法，本专利技术用遗传算法对波形的参数进行优化，得到了较好的正交性和抗干扰能力。
[0007]本专利技术提供如下技术方案：基于多时间尺度耦合网络的雷达抗干扰波形产生方法，其主要内容包括发射波形的产生与回波信号的处理，包括以下步骤：
[0008]步骤一：构建MIMO雷达发射波形数学模型，给出阵列发射信号的时频关系图，得出波形设计需要优化的编码参数；
[0009]步骤二：根据MIMO雷达波形设计正交性原则构建波形优化代价函数，用遗传算法
对编码参数进行优化，构造MIMO雷达发射波形；
[0010]步骤三：结合宽带信号匹配滤波原理给出本专利技术MIMO雷达的波束形成和目标距离速度信息提取处理过程；
[0011]步骤四：根据宽带信号模糊函数理论，在产生MIMO雷达发射波形的同时产生一组匹配滤波基准信号，设计多时间尺度耦合网络硬件系统，在产生雷达发射信号的同时产生相应的一组匹配滤波基准信号。
[0012]优选的，所述MIMO雷达抗干扰复合调制信号，其主要建模过程如下：
[0013]设MIMO雷达有L个子阵，一个CPI内的脉冲个数为N，每个脉冲内采用码长为M的相位编码，现给出第个子阵发射信号的数学模型：
[0014][0015]上式中，T
r
为子脉冲的平均脉冲周期，ΔT
r
为最小脉位跳变间隔，t
p
为脉冲宽度，t
s
为相位编码码元宽度，为第n个子脉冲的载波，μ为调频斜率，为第n个子脉冲的第m个码元，从发射信号的数学模型可知，波形优化参数为用向量表示记为Ω＝[ξ1,ξ2,L,ξ
N
]、
[0016]波形参数中，每个脉冲内的相位编码位数为M位，每个码元为四相码；脉间频率跳变的最小范围为Δf＝1/t
p
，确保脉冲间的正交性；每个脉冲的脉间间隔也随机的在一个范围内跳变，增加信号的抗干扰性能。
[0017]优选的，所述MIMO雷达抗干扰波形优化方法，构造波形优化代价函数的方法具体为：
[0018]MIMO雷达的正交性体现在子阵间发射信号的自相关和互相关性能上，本专利技术中要求发射的信号具有较低的自相关旁瓣峰值和互相关峰值，因此采用峰值旁瓣电平准则(PSL)进行正交波形设计：
[0019][0020][0021]上式中，s
p
(t)和s
q
(t)为不同子阵的发射信号，当p＝q时，c
pq
(τ)为发射信号的自相关函数；当p≠q时，c
pq
(τ)为发射信号的互相关函数，本专利技术以发射波形的相位编码矩阵、载波的频率编码序列以及脉位捷变序列作为优化变量，将发射信号的峰值旁瓣比作为代价函数，建立如下优化模型：
[0022][0023]该模型的优化参数为离散的相位、频率和脉位编码，可采用遗传算法对模型进行优化，得到满足条件的MIMO正交波形。
[0024]优选的，所述MIMO雷达宽带模糊函数波形分离与波束形成结果：
[0025]考虑在收发共置MIMO雷达系统中，发射天线阵元和接收天线阵元个数分别为P和Q，收发均为均匀线阵，发射天线和接收天线的阵元间距分别为d
t
和d
r
，目标到达方向为
[0026]定义s
k
(t)表示第m个发射天线阵元的发射信号，s＝[s1(t),s2(t),L,s
P
(t)]表示发射信号向量，M个发射信号经空间传播，到达位于斜距R(对应第r个距离单元)、方位向θ的目标的合成信号为：
[0027][0028]式中ξ1为传播衰减因子，假设对各子阵发射信号相同，ω＝(c
‑
v)/(c+v)为尺度参数，τ
k
为第k(k＝1,2,L,M)个阵元发射的信号相对于参考阵元的时延差，可表示为：
[0029][0030]上式τ
k
只与天线的布局有关，与目标的运动状态无关，固定时延τ
k
可以用来表示，因此目标处合成信号为：
[0031][0032]上式中为发射信号导向矢量，为目标处接收信号向量，可表示为其中τ0＝2R0/(c
‑
v)；
[0033]信号r(t)经一定RCS的目标反射，第q个接收天线接收到的信号为：
[0034][0035]式中，为第q个天线相位差，令式中ξ1ξ2＝ξ，将式(1)代入式(8)，则第q个接收天线的回波为：
[0036][0037]接收信号向量为x(t)＝[x1(t),x2(t),L,x
Q
(t)]，式(9)的矩阵形式如下：
[0038]x(t)＝ξb(θ
r...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多时间尺度耦合网络的雷达抗干扰波形产生方法，其主要内容包括发射波形的产生与回波信号的处理，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：构建MIMO雷达发射波形数学模型，给出阵列发射信号的时频关系图，得出波形设计需要优化的编码参数；步骤二：根据MIMO雷达波形设计正交性原则构建波形优化代价函数，用遗传算法对编码参数进行优化，构造MIMO雷达发射波形；步骤三：结合宽带信号匹配滤波原理给出本发明MIMO雷达的波束形成和目标距离速度信息提取处理过程；步骤四：根据宽带信号模糊函数理论，在产生MIMO雷达发射波形的同时产生一组匹配滤波基准信号，设计多时间尺度耦合网络硬件系统，在产生雷达发射信号的同时产生相应的一组匹配滤波基准信号。2.根据权利要求1所述的基于多时间尺度耦合网络的雷达抗干扰波形产生方法，其特征在于：所述MIMO雷达抗干扰复合调制信号，其主要建模过程如下：设MIMO雷达有L个子阵，一个CPI内的脉冲个数为N，每个脉冲内采用码长为M的相位编码，现给出第个子阵发射信号的数学模型：上式中，T
r
为子脉冲的平均脉冲周期，ΔT
r
为最小脉位跳变间隔，t
p
为脉冲宽度，t
s
为相位编码码元宽度，为第n个子脉冲的载波，μ为调频斜率，为第n个子脉冲的第m个码元，从发射信号的数学模型可知，波形优化参数为用向量表示记为Ω＝[ξ1,ξ2,L,ξ
N
]、波形参数中，每个脉冲内的相位编码位数为M位，每个码元为四相码；脉间频率跳变的最小范围为Δf＝1/t
p
，确保脉冲间的正交性；每个脉冲的脉间间隔也随机的在一个范围内跳变，增加信号的抗干扰性能。3.根据权利要求2所述的基于多时间尺度耦合网络的雷达抗干扰波形产生方法，其特征在于：所述MIMO雷达抗干扰波形优化方法，构造波形优化代价函数的方法具体为：MIMO雷达的正交性体现在子阵间发射信号的自相关和互相关性能上，本发明中要求发射的信号具有较低的自相关旁瓣峰值和互相关峰值，因此采用峰值旁瓣电平准则(PSL)进行正交波形设计：行正交波形设计：上式中，s
p
(t)和s
q
(t)为不同子阵的发射信号，当p＝q时，c
pq
(τ)为发射信号的自相关函
数；当p≠q时，c
pq
(τ)为发射信号的互相关函数，本发明以发射波形的相位编码矩阵、载波的频率编码序列以及脉位捷变序列作为优化变量，将发射信号的峰值旁瓣比作为代价函数，建立如下优化模型：该模型的优化参数为离散的相位、频率和脉位编码，可采用遗传算法对模型进行优化，得到满足条件的MIMO正交波形。4.根据权利要求3所述的基于多时间尺度耦合网络的雷达抗干扰波形产生方法，其特征在于：所述MIMO雷达宽带模糊函数波形分离与波束形成结果：考虑在收发共置MIMO雷达系统中，发射天线阵元和接收天线阵元个数分别为P和Q，收发均为均匀线阵，发射天线和接收天线的阵元间距分别为d
t
和d
r
，目标到达方向为定义s
k
(t)表示第m个发射天线阵元的发射信号，s＝[s1(t),s2(t),L,s
P
(t)]表示发...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊清，胡文，赵月，董浩，姚翼荣，
申请(专利权)人：江苏云禾峰智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：