基于通信模拟的雷达抗分选波形在线设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于通信模拟的雷达抗分选波形在线设计方法，主要解决现有技术中抗分选波形设计计算量大、优化时间长的问题。其实现方案是：输入发射矩阵，并假设该矩阵施加相位扰动；根据先验信息确定抗分选方向，由该假设和抗分选方向构建扰动角域信号；将扰动角域信号模拟为通信信号，令扰动角域信号与待模拟的通信信号相等，根据待模拟通信信号的模值是否固定分别求解相位扰动向量；根据求解的相位扰动向量构建相位扰动矩阵；将相位扰动矩阵与输入发射矩阵的相位相加即可得到雷达抗分选波形。本发明专利技术减小了计算量，缩短了优化时间，提高了波形的抗分选性能，能满足在线设计抗分选波形要求，可用于集中式MIMO雷达波形优化。可用于集中式MIMO雷达波形优化。可用于集中式MIMO雷达波形优化。

【技术实现步骤摘要】
基于通信模拟的雷达抗分选波形在线设计方法


[0001]本专利技术属于雷达波形获取
，涉及一种抗分选波形在线设计方法，可用于集中式MIMO雷达波形优化。

技术介绍

[0002]根据天线之间的距离，多输入多输出MIMO雷达可以分为两种类型，分布式MIMO雷达和集中式MIMO雷达。雷达波形是探测目标和环境信息的载体，因此雷达波形对两种类型的雷达都起着重要作用。在MIMO雷达系统中，发射波形通常具有正交性，以此提高不同雷达天线发射信号间的相关性，此外，由于雷达天线发射端功率放大器通常工作于饱和模式，因此发射波形通常具有恒模特性。相比于分布式MIMO雷达，集中式MIMO雷达在远场目标处相干合成后，发射波形将在空间形成不同的波形特征，模值通常不再恒定。
[0003]MIMO雷达系统通常发射相位编码信号，现有的MIMO雷达波形设计方法大多以发射信号的相位为变量，根据具体需求设计对应的优化准则。现有的优化准则包括但不限于设计期望的发射方向图、降低信号互相关性和自相关性、设计宽脉压主瓣波形等。例如，2012年Wang Y C等人在IEEE Transactions on Signal Processing中发表的名称为“On the Design of Constant Modulus Probing Signals for MIMO Radar”的论文，公开了一种集中式MIMO雷达波形优化方法，该方法的优化准则考虑了发射方向图和角域信号积分旁瓣电平。
[0004]现有的雷达抗分选波形设计思路之一为将雷达通信伪装成通信信号，使敌方电子侦查和电子支援等设备难以分选识别该波形。例如，2019年Shenghua Zhou等在IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems发表的一篇名为“Joint Radar
‑
Communications Co
‑
Use Waveform Design Using Optimized Phase Perturbation”论文中，公开了一种雷达通信一体化方法，对通信信号施加相位抖动，通过压缩自相关旁瓣使通信信号具有雷达功能。
[0005]上述两种算法由于恒模引起的非凸特性会产生较大计算量和较长优化时间，很难满足在瞬息万变的现代战场中在线设计抗分选波形的需要。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提出一种基于通信模拟的雷达抗分选波形在线设计方法，以减小优化设计过程中的计算量，缩短优化时间。
[0007]本专利技术的技术思路是：通过对已有发射波形施加微小相位扰动，使雷达信号模拟为通信信号，构建优化准则；通过将优化准则转化为二次规划问题或者使问题获得显示解，实现对集中式MIMO雷达抗分选波形的在线设计。
[0008]根据上述思路，本专利技术的技术方案包括如下实现步骤：
[0009]1.一种基于通信模拟的雷达抗分选波形的在线设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0010](1)输入集中式MIMO雷达的发射矩阵S，根据先验信息确定抗分选方向α，设对发射矩阵S施加微小的相位扰动Φ，根据该假设和抗分选方向构建扰动矩阵第i行的扰动角域信号x
i
；
[0011](2)将扰动角域信号x
i
模拟为通信信号，由通信信号的模值及其相位信息构建期望角域信号d
i
；
[0012](3)令扰动角域信号x
i
与期望角域信号d
i
相等，求解期望角域信号模值固定条件下的相位扰动向量和期望角域信号模值非固定条件下的相位扰动向量
[0013](4)对发射矩阵的所有行遍历上述过程，根据期望角域信号的模值属性构成相位扰动矩阵Φ：
[0014]若模值固定，则由模值固定的相位扰动向量构成相位扰动矩阵Φ；
[0015]若模值非固定，则由模值非固定的相位扰动向量构成相位扰动矩阵Φ；
[0016](5)由相位扰动矩阵Φ和发射矩阵S的相位Θ构建集中式MIMO雷达抗分选波形S
t
：
[0017](5a)将相位扰动矩阵Φ与发射矩阵的相位Θ相加，得到最终相位矩阵Φ
t
；
[0018](5b)将最终相位矩阵Φ
t
输入到集中式MIMO雷达的发射端并发射到空中，得到集中式MIMO雷达抗分选波形S
t
。
[0019]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0020]1.本专利技术由于将集中式MIMO雷达在抗分选方向处的角域信号模拟为通信信号，使该方向的分选识别设备将雷达信号误认为通信信号，提高了波形的抗分选性能。
[0021]2.本专利技术由于对发射相位矩阵施加了微小的相位扰动矩阵，保持了原波形的性能基本不变。
[0022]3.本专利技术由于将求解相位扰动矩阵转化为求解相位扰动向量，并将求解相位扰动向量过程中的优化准则转化为较为简单的形式，降低了优化问题的计算量，使波形可以在线设计。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的实现流程图；
[0024]图2是本专利技术中输入的集中式MIMO雷达发射矩阵波形图；
[0025]图3是用本专利技术仿真的期望角域信号模值固定、相位随机的抗分选波形图；
[0026]图4是用本专利技术的期望角域信号模值非固定、相位随机的抗分选波形图；
[0027]图5是用本专利技术仿真的期望角域信号模值固定、相位固定的抗分选波形图；
[0028]图6是用本专利技术仿真的期望角域信号模值非固定、相位固定的抗分选波形图；
[0029]图7是用本专利技术仿真的期望角域信号模值为零的抗分选波形图。
具体实施方式
[0030]以下结合附图，对本专利技术的实施例和效果做详细说明：
[0031]参照图1，本实施例的具体实现步骤如下：
[0032]步骤一，输入发射矩阵S。
[0033]发射矩阵通常为事先设计好的发射矩阵，其具有期望的发射方向图和良好的相关
性，如图2所示，其中图2(a)是发射矩阵的发射方向图，图2(b)是发射矩阵角域信号的自相关结果图，图2(c)是发射矩阵角域信号的互相关结果图。
[0034]该发射矩阵S的天线排列方式为均匀线阵，其表示式为：
[0035][0036]其中e表示自然对数的底数，j表示虚数单位，为发射矩阵S的相位，表示实数域，N
t
表示集中式MIMO雷达天线个数，N
s
表示每个天线发射码片个数，表示发射矩阵第i行元素组成的向量，i＝1,2,
…
,N
s
，(
·
)
T
表示转置，表示复数域；
[0037]由于雷达发射端的功率放大器通常工作于饱和模式，发射信号具有恒模特性，因此发射矩阵可写为：
[0038][0039]其中表示恒模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于通信模拟的雷达抗分选波形的在线设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)输入集中式MIMO雷达的发射矩阵S，根据先验信息确定抗分选方向α，设对发射矩阵S施加微小的相位扰动Φ，根据该假设和抗分选方向构建扰动矩阵第i行的扰动角域信号x
i
；(2)将扰动角域信号x
i
模拟为通信信号，由通信信号的模值及其相位信息构建期望角域信号d
i
；(3)令扰动角域信号x
i
与期望角域信号d
i
相等，求解期望角域信号模值固定条件下的相位扰动向量和期望角域信号模值非固定条件下的相位扰动向量(4)对发射矩阵的所有行遍历上述过程，根据期望角域信号的模值属性构成相位扰动矩阵Φ：若模值固定，则由模值固定的相位扰动向量构成相位扰动矩阵Φ；若模值非固定，则由模值非固定的相位扰动向量构成相位扰动矩阵Φ；(5)由相位扰动矩阵Φ和发射矩阵S的相位Θ构建集中式MIMO雷达抗分选波形S
t
：(5a)将相位扰动矩阵Φ与发射矩阵的相位Θ相加，得到最终相位矩阵Φ
t
；(5b)将最终相位矩阵Φ
t
输入到集中式MIMO雷达的发射端并发射到空中，得到集中式MIMO雷达抗分选波形S
t
。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中构建扰动角域信号x
i
，实现如下：(1a)输入发射矩阵S：其中e表示自然对数的底数，j表示虚数单位，为发射矩阵S的相位，表示实数域，N
t
表示集中式MIMO雷达天线个数，N
s
表示每个天线发射码片个数，表示发射矩阵第i行元素组成的向量，i＝1,2,
…
,N
s
，(
·
)
T
表示转置，表示复数域；发射天线的排列方式应为均匀线阵；(1b)假设对发射矩阵施加相位扰动，发射矩阵第i行s
i
扰动后变为后变为其中表示s
i
的相位，满足表示相位扰动向量，diag(
·
)表示以(
·
)为对角元素的对角矩阵；(1c)构建扰动角域信号：根据先验信息确定抗分选方向其中N
e
表示目标个数；构建发射导向矩阵A
t
：
其中k＝1,2,
…
N
e
表示第k个目标方向的发射导向向量，f
k
＝dsin(α
k
)/λ表示方向α
k
的归一化角频率，d表示天线间距，λ表示波长；由在抗分选方向处角域信号的第i个码片组成扰动角域信号x
i
：其中表示未扰动的角域信号；当扰动向量较小时，将近似为其中表示维数为N
t
的全1向量；最终将扰动角域信号近似为：其中表示V
i
中的各行元素和。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中构建的期望角域信号d
i
，表示如下：d
i
＝p
i
⊙
(a
i
+jb
i
)其中
⊙
表示Hadamard积，表示抗分选方向处期望角域信号的模值，p
in
表示第n个方向期望角域信号的模值，n＝1,2,
…
,N
e
，N
e
表示抗分选方向的个数，数，为待模拟的通信信号实部对应的符号集，为待模拟通信信号虚部对应的符号集；期望角域信号的模值p
i
存在下界和上界其中l
in
和u
in
分别表示第n个方向期望角域信号模值的下界和上界，且l
in
≤p
in
≤u
in
。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中求解在模值固定条件下的相位扰动向量实现如下：(3a)初始化当前循环次数l＝1，最优相位抖动向量最小目标函数值计算最大循环次数L：其中N1表示待模拟的通信信号实部对应的符号集中元素的个数，N2表示待模拟的通信信号虚部对应的符号集中元素的个数，N
e
表示抗分选方向的个数；(3b)遍历期望角域信号的实部a
i
和期望角域信号的虚部b
i
，得到第l次遍历值a
il
和b
il
；(3c)求解第l次遍历时的相位抖动向量(3c1)构建优化准则：s.t.x
i
＝d
i
其中||
·

【专利技术属性】
技术研发人员：周生华，林明聪，彭晓军，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：