基于多入多出阵列的探通扰一体化波形优化方法和系统技术方案

本发明专利技术提出一种基于多入多出阵列的探通扰一体化波形优化方法和系统，属于信号优化处理技术领域。所述多入多出阵列为多输入多输出(MIMO)的天线阵列，其包括N

【技术实现步骤摘要】
基于多入多出阵列的探通扰一体化波形优化方法和系统


[0001]本专利技术属于信号优化处理
，尤其涉及一种基于多入多出阵列的探通扰一体化波形优化方法和系统。

技术介绍

[0002]为了适应信息化军事斗争中遂行多任务的需求，武器平台往往需要兼具雷达探测、通信导航和电子对抗等多种作战手段。为此，舰载、机载等武器平台上装备了功能单一、种类繁多的各类射频传感器。这在提升武器平台作战能力的同时，也导致了天线数量增加、平台机动性变差、系统功耗变高等问题。一体化射频系统共用宽带天线孔径，对射频传感器进行一体化集成设计，基于开放式的信号处理软件架构和灵活的资源调度来实现雷达探测、通信导航、敌我识别和电子对抗等多种功能，缩减了武器平台天线数量，降低了系统体积、重量、功耗和成本，减少了平台散射截面积，提升了武器平台的机动作战能力和在战场环境中的生存概率，具有重要的应用前景。
[0003]基于多入多出阵列的一体化射频系统与现有的一体化射频技术完全兼容，可以在无需划分天线阵面的条件下，在不同区域辐射不同的信号波形，进而同时实现多种不同的功能。相比于现有的一体化射频系统，MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)一体化射频系统所用的频谱资源更少，天线孔径利用率更高，更有利于充分发挥武器平台的作战效能。而且可以同时实现雷达探测、数据通信和电子干扰等更多的功能，代表了一体化射频系统的重要发展方向。
[0004]波形优化设计是MIMO一体化射频系统的核心关键技术。为了同时实现雷达探测、数据通信和电子干扰等多种功能，MIMO一体化射频系统在优化波形时，需要降低各方向所合成信号与参考信号之间的匹配误差。与此同时，为了避免使用昂贵的线性放大器，需要尽可能降低发射信号的峰均比(peak
‑
to
‑
average
‑
power
‑
ratio，PAPR)。为了使得系统一体化波形具备以上特性，现有技术中采用的波形优化设计方法所设计的信号能够在两个不同的方向上分别合成通信信号和干扰信号，实现了通信和通信干扰一体化。然而，该方法要求精确知晓通信接收机和被干扰方的角度。在实际应用中，由于角度估计误差不可避免，因此会导致该方法性能下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对实际环境中存在角度估计误差的问题，提出了一种基于多入多出阵列的探通扰一体化波形优化方案，其可以有效地克服角度估计误差带来的不利影响，高效地同时实现雷达探测、数据通信和电子干扰等多种功能。
[0006]本专利技术第一方面公开了一种基于多入多出阵列的探通扰一体化波形优化方法。所述多入多出阵列为多输入多输出(MIMO)的天线阵列，其包括N
T
个发射通道，每个使用不同的发射天线来发射相互独立的波形；所述探通扰一体化波形优化指通过优化的波形能够同时具备探测目标检测区域中的待检测目标、与通信接收方进行通信、向待干扰对象发射干
扰信号的能力；所述方法包括：
[0007]步骤S1、分别获取来自所述目标检测区域、所述通信接收方、所述待干扰对象的接收信号，来确定所述目标检测区域、所述通信接收方、所述待干扰对象三者相对于所述多入多出阵列的方向角θ
t
、θ
c
、θ
h
；
[0008]步骤S2、设定所述方向角θ
t
、θ
c
、θ
h
的估计误差Δ
t
、Δ
c
、Δ
h
，通过对所述方向角θ
t
、θ
c
、θ
h
的取值范围进行离散化处理来确定对应的方向角离散值集合Ω
t
、Ω
c
、Ω
h
，其分别包含N
t
、N
c
、N
h
个值；
[0009]步骤S3、设定所述多入多出阵列的发射能量e
t
、发射信号的峰均比ρ以及能够实现探测所述目标检测区域中的所述待检测目标、与所述通信接收方进行通信、向所述待干扰对象发射干扰信号的参考信号d
t
、d
c
、d
h
，并基于所述方向角离散值集合Ω
t
、Ω
c
、Ω
h
计算对应的发射导引矢量S
t
、S
c
、S
h
；
[0010]步骤S4、利用所述发射能量e
t
、所述发射信号的峰均比ρ、所述参考信号d
t
、d
c
、d
h
以及所述发射导引矢量S
t
、S
c
、S
h
，优化所述多入多出阵列的发射信号，使得所述发射信号分别在所述目标检测区域、所述通信接收方、所述待干扰对象的方向上与对应的所述参考信号d
t
、d
c
、d
h
的相似度超过阈值。
[0011]根据本专利技术第一方面的方法，在所述方法中，第n个所述发射通道的发射波形记为s
n
(t)(n＝1,
…
,N
T
)，对于第n个所述发射通道中的发射信号，其脉冲宽度为T
p
，等分为L个宽度相等的子脉冲，每个子脉冲的宽度为t
b
，各个子脉冲的编码序列依次为s
n
(1),s
n
(2),
……
,s
n
(L)，所述各个子脉冲的编码序列组成的矢量记为s
n
，表示第n个发射通道的编码序列构成的矢量，则所述第n个发射通道的发射信号表示为：
[0012][0013]其中，p(t)为脉冲宽度为t
b
的成形脉冲，p(t
‑
lt
b
)为p(t)经时延lt
b
后的脉冲。
[0014]根据本专利技术第一方面的方法，在所述步骤S1中，利用如下方式确定所述方向角：
[0015]所述接收信号Y为：
[0016][0017]其中，α
n
为所述接收信号的第n个信号幅度，θ
n
为来波方向，b
R
(θ
n
)为θ
n
处的接收导引矢量，a
T
(θ
n
)为θ
n
处的发射导引矢量，N为接收机噪声，其中，s
n
＝[s
n
(1)，
…
，s
n
(L)]T
，(n＝1，
…
，N
T
)；
[0018]计算所述接收信号的协方差矩阵并进一步计算所述接收信号的空间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多入多出阵列的探通扰一体化波形优化方法，其特征在于，所述多入多出阵列为多输入多输出(MIMO)的天线阵列，其包括N
T
个发射通道，每个使用不同的发射天线来发射相互独立的波形；所述探通扰一体化波形优化指通过优化的波形能够同时具备探测目标检测区域中的待检测目标、与通信接收方进行通信、向待干扰对象发射干扰信号的能力；所述方法包括：步骤S1、分别获取来自所述目标检测区域、所述通信接收方、所述待干扰对象的接收信号，来确定所述目标检测区域、所述通信接收方、所述待干扰对象三者相对于所述多入多出阵列的方向角θ
t
、θ
c
、θ
h
；步骤S2、设定所述方向角θ
t
、θ
c
、θ
h
的估计误差Δ
t
、Δ
c
、Δ
h
，通过对所述方向角θ
t
、θ
c
、θ
h
的取值范围进行离散化处理来确定对应的方向角离散值集合Ω
t
、Ω
c
、Ω
h
，其分别包含N
t
、N
c
、N
h
个值；步骤S3、设定所述多入多出阵列的发射能量e
t
、发射信号的峰均比ρ以及能够实现探测所述目标检测区域中的所述待检测目标、与所述通信接收方进行通信、向所述待干扰对象发射干扰信号的参考信号d
t
、d
c
、d
h
，并基于所述方向角离散值集合Ω
t
、Ω
c
、Ω
h
计算对应的发射导引矢量S
t
、S
c
、S
h
；步骤S4、利用所述发射能量e
t
、所述发射信号的峰均比ρ、所述参考信号d
t
、d
c
、d
h
以及所述发射导引矢量S
t
、S
c
、S
h
，优化所述多入多出阵列的发射信号，使得所述发射信号分别在所述目标检测区域、所述通信接收方、所述待干扰对象的方向上与对应的所述参考信号d
t
、d
c
、d
h
的相似度超过阈值。2.根据权利要求1所述的一种基于多入多出阵列的探通扰一体化波形优化方法，其特征在于，在所述方法中，第n个所述发射通道的发射波形记为s
n
(t)(n＝1,
…
,N
T
)，对于第n个所述发射通道中的发射信号，其脉冲宽度为T
p
，等分为L个宽度相等的子脉冲，每个子脉冲的宽度为t
b
，各个子脉冲的编码序列依次为s
n
(1),s
n
(2),
……
,s
n
(L)，所述各个子脉冲的编码序列组成的矢量记为s
n
，表示第n个发射通道的编码序列构成的矢量，则所述第n个发射通道的发射信号表示为：其中，p(t)为脉冲宽度为t
b
的成形脉冲，p(t
‑
lt
b
)为p(t)经时延lt
b
后的脉冲。3.根据权利要求2所述的一种基于多入多出阵列的探通扰一体化波形优化方法，其特征在于，在所述步骤S1中，利用如下方式确定所述方向角：所述接收信号Y为：其中，α
n
为所述接收信号的第n个信号幅度，θ
n
为来波方向，b
R
(θ
n
)为θ
n
处的接收导引矢量，a
T
(θ
n
)为θ
n
处的发射导引矢量，N为接收机噪声，其中，s
n
＝[s
n
(1),
…
,s
n
(L)]
T
，(n＝1,
…
,N
T
)；计算所述接收信号的协方差矩阵并进一步计算所述接收信号的空间谱：
其中，所述空间谱的峰值所处的位置即为所述方向角；在确定所述方向角时，在θ处分别代入来自所述目标检测区域、所述通信接收方、所述待干扰对象的接收信号和来波方向，通过上述计算过程得到所述方向角θ
t
、θ
c
、θ
h
。4.根据权利要求3所述的一种基于多入多出阵列的探通扰一体化波形优化方法，其特征在于，在所述步骤S2中，基于所述估计误差Δ
t
、Δ
c
、Δ
h
的所述方向角θ
t
、θ
c
、θ
h
的取值区间分别为[θ
t,l
,θ
t,u
]、[θ
c,l
,θ
c,u
]、[θ
h,l
,θ
h,u
]，其中，θ
t,l
＝θ
t
‑
Δ
t
/2，θ
t,u
＝θ
t
+Δ
t
/2，θ
c,l
＝θ
c
‑
Δ
c
/2，θ
c,u
＝θ
c
+Δ
c

【专利技术属性】
技术研发人员：唐波，黄中瑞，王旭阳，张峻宁，王军，李达，张鸣，吴文俊，
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：