一种可编程的脉冲压缩器设计方法技术

本发明专利技术涉及一种可编程的脉冲压缩器设计方法，包括如下步骤：步骤1，建立在连续时间域内求最优参考信号的数学模型；步骤2，通过遗传算法在高维空间中搜索最优参考信号的傅立叶级数的系数；步骤3，根据步骤2所得的最优参考信号的傅立叶级数的系数合成在连续时间域内的参考信号，并按等间隔采样方式得到在离散时间域内的参考信号。本发明专利技术设计得到的脉冲压缩器的长度等于输入信号的长度，在遇到强信号时，不会生成大于输入信号的长度两倍以上的副瓣区间；在转换到离散时间域以后，脉冲压缩处理结果的波形跟随机出现的信号延时量无关，主副瓣之比保持相对稳定。副瓣之比保持相对稳定。副瓣之比保持相对稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种可编程的脉冲压缩器设计方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理
，尤其涉及一种可编程的脉冲压缩器设计方法。

技术介绍

[0002]脉冲压缩技术可以解决雷达的峰值发射功率与探测威力之间的矛盾，脉冲压缩雷达的探测距离是发射能量的函数，通过增加发射脉冲的宽度可以增大发射能量，发射能量不受限于发射峰值功率，并且在经过脉冲压缩处理后，可以获得不使用脉冲压缩技术的窄脉冲雷达的距离分辨率[Merrill I.Skolnik主编，南京电子技术研究所译，现代雷达第3版，第8章，电子工版出版社，2010年7月]，因此，脉冲压缩技术在现代雷达中的应用非常广泛。通常使用的脉冲压缩信号包含线性调频波形、非线性调频波形、相位编码波形和时频编码波形，其中线性调频波形由于对回波信号的多普勒频移不敏感而得到了最为广泛的应用。在雷达信号处理机中通常基于匹配滤波器设计脉冲压缩器，其输出信号的最大峰称为主瓣，在主瓣前后往往会有副瓣，这种副瓣对雷达会产生较大危害。在使用非线性调频波形、相位编码波形的情形中，仅使用匹配滤波处理往往就能得到可接受的副瓣电平；然而，对于线性调频波形而言，通常使用匹配滤波器结合加权窗的方法来降低副瓣。这种匹配滤波器结合加权窗的处理方法对于大时间带宽积的情形是适用的，对于小时间带宽积的线性调频波形它的效果并不理想。为了实现小时间带宽积信号在脉冲压缩后较低的副瓣，有两个方向引起广泛关注：一是使用相位编码波形，比如文献[胡亮兵，基于凸优化的最优失配滤波器设计方法，中国电子科学院学院，第2期，第209
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212页，2015年4月]研究了Barker码失配滤波器设计。相位编码对多普勒效应比较敏感，在运动目标探测中应用受限。二是对线性调频信号的脉冲压缩器进行优化设计，比如文献[夏德平等，小时间带宽积线性调频信号的脉冲压缩研究，现代雷达，第36卷，第3期，第40
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43页，2014年3月]研究了时间带宽积等于12的线性调频信号脉冲压缩滤波器设计。
[0003]综观已公开文献中的优化设计脉冲压缩滤波器的方法可以总结出以下两个特点：一是脉冲压缩滤波器的长度大于输入信号的长度，比如文献[夏德平等，小时间带宽积线性调频信号的脉冲压缩研究，现代雷达，第36卷，第3期，第40
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43页，2014年3月]中脉冲压缩滤波器的长度是输入信号长度的两倍，在文献[胡亮兵，基于凸优化的最优失配滤波器设计方法，中国电子科学院学院，第2期，第209
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212页，2015年4月]设计的针对Barker码信号的脉冲压缩器是输入信号的3～9倍。增大滤波器长度在很多场合不适用，比如在回波信号中包含强散射点的回波时，脉冲压缩的输出信号的主瓣和副瓣都比较高，会遮蔽微弱目标信号。二是对脉冲压缩滤波器的优化设计是直接针对离散时间域的滤波器进行的。根据信号与系统基本原理可知，在离散时间域内，输入信号x[n]和滤波器冲激响应h[n]的卷积和用y[n]表示：
[0004][0005]当输入信号有m个单位的延时量时，上述卷积和变为：
[0006][0007]其中卷积和y[n]代表了脉冲压缩的输出信号。由上述变化关系可知，当回波信号的延时等于整数个单位时，输出波形形状不变，只是沿时间轴的方向生成平移而已。
[0008]但是，在实际应用中，目标引起的回波信号的延时量并不能保证是整数个单位。为了使脉冲压缩器的输出信号保持形状不变，必须要求脉冲压缩器对任意延时量都适用。

技术实现思路

[0009]为解决现有的技术问题，本专利技术提供了一种可编程的脉冲压缩器设计方法。
[0010]本专利技术的具体内容如下：一种设计雷达信号的脉冲压缩器的方法，严格限制脉冲压缩器的参考信号(以下简称参考信号)长度等于输入信号的长度，并且当输入信号的延时量随机变化时脉冲压缩器输出波形基本不变。该方法包含两个阶段，先在连续时间域内设计参考信号，再按等间隔采样转换至离散时间域，具体包括以下步骤：
[0011]步骤1，建立在连续时间域内求最优参考信号的数学模型，分以下三个子步骤：
[0012]步骤1.1，用函数项级数(以下简称级数)逼近输入信号，由于输入信号是已知的，经过计算可以得到逼近输入信号的级数的系数的具体数值(在此用到的输入信号是指不包含延迟的回波信号)；
[0013]步骤1.2，用级数逼近参考信号，由于参考信号是未知的，通过多元变量表示逼近参考信号的级数的系数；
[0014]步骤1.3，计算在步骤1.1中和在步骤1.2中得到的级数的相关函数，并计算相关函数的主副瓣之比，主副瓣之比是前述多元变量的函数。
[0015]通过步骤1.1～1.3，在连续时间域内设计最优的参考信号就转化为在高维空间中搜索逼近参考信号的级数的最优的系数，可以通过计算机编程的方法实现，其中高维空间的维度等于逼近脉冲压缩器参考信号的级数的总项数。
[0016]步骤2，通过遗传算法在高维空间中搜索最优参考信号的级数的系数，具体包含以下5个子步骤：
[0017]步骤2.1：对种群中每个个体的染色体进行初始化。
[0018]通过在逼近输入信号的级数的系数的基础上加入随机扰动的方法生成初始种群中个体的染色体，具体操作为：在经过步骤1.1后得到逼近输入信号的级数的系数组(下文称级数的系数组为染色体)，在这组系数中的每个元素均为一对实数(下文称系数组中的实数对为基因)，在给这组系数中的全部实数对都乘上一对随机数(1+α1,1+α2)之后当作种群中一个个体的染色体，其中α1和α2为随机生成的实数，不同基因乘上的随机数各不相同。初始种群中每个个体的染色体均通过相同的操作生成，由于α1和α2是随机生成的，所以在初始种群中的个体的染色体大概率不会重复出现。
[0019]步骤2.2：评价种群中每个个体的适应度。
[0020]计算逼近输入信号的级数与种群中每个脉冲压缩器参考信号所对应的级数的相关函数。相关函数是时间的连续函数，在此计算当时间变量等于一部分具体数值时的相关函数值，这些具体时间值对应的时刻在时间轴上必须足够稠密，相邻时刻的间距的上限等于输入信号的带宽的倒数的4～10倍，具体数值根据实验情况进行调整。搜索这些具体时刻上相关函数的模的平方的最大值当作主瓣。在距离主瓣位置的距离大于带宽的倒数的1.5
～1.8倍以外的区域当作相关函数的副瓣区域，搜索副瓣区域内相关函数的模的平方的最大值当作副瓣。计算相关函数的主瓣和副瓣之比，作为种群中个体的适应度。
[0021]步骤2.3：对种群中全部个体进行优选。
[0022]在计算每个个体的适应度以后，将每个个体的适应度除以全部个体适应度总和，得到每个个体的适应度占全体适应度的比例(称为适应度比例)。将个体的适应度比例逐个累加，每个个体都得到一个累加比例，第1个个体的累加比例是第1个个体的适应度比例，从第2个个体开始，个体的累加比例是第1个至这个个体的适应度比例之和，比如第2个个体的累加比例是第1个至第2个个体的适应度比例之和，比如第3个个体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可编程的脉冲压缩器设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，建立在连续时间域内求最优参考信号的数学模型；步骤2，通过遗传算法在高维空间中搜索最优参考信号的傅立叶级数的系数；步骤3，根据步骤2所得的最优参考信号的傅立叶级数的系数合成在连续时间域内的参考信号，并按等间隔采样方式得到在离散时间域内的参考信号。2.根据权利要求1所述的可编程的脉冲压缩器设计方法，其特征在于：步骤1中，包括如下步骤：步骤1.1，用函数项级数级数逼近输入信号；步骤1.2，用函数项级数逼近参考信号；步骤1.3，计算在步骤1.1中和在步骤1.2中得到的函数项级数的相关函数，相关函数包含在步骤1.2中表示逼近参考信号的级数的系数的多元变量，并计算相关函数的主副瓣之比，主副瓣之比是所述多元变量的函数；经过步骤1.1～1.3，将在连续时间域内设计最优的参考信号的问题转化为在高维空间中搜索使相关函数主副瓣之比达到最大值的逼近参考信号的级数的系数，其中高维空间的维度等于逼近参考信号的级数的总项数。3.根据权利要求1所述的可编程的脉冲压缩器设计方法，其特征在于：步骤2中，包含如下步骤：步骤2.1：建立初始种群；步骤2.2：评价种群中每个个体的适应度；步骤2.3：对种群中全部个体进行优选；步骤2.4：将种群中个体之间染色体进行随机交叉操作；步骤2.5：使种群中个体染色体基因随机发生变异；重复步骤2.2～步骤2.5，种群中个体的主副瓣之比逐渐增大，最终趋于稳定。4.根据权利要求3所述的可编程的脉冲压缩器设计方法，其特征在于：步骤2.1中建立初始种群包括：通过在逼近输入信号的级数的系数的基础上加入随机扰动的方法生成初始种群中个体的染色体，具体操作为：在经过步骤1.1后得到逼近输入信号的级数的系数组，级数的系数组为染色体，在这组系数中的每个元素均为一对实数，系数组中的实数对为基因，在给这组系数中的全部实数对都乘上一对随机数(1+α1,1+α2)之后当作种群中一个个体的染色体，其中α1和α2为随机生成的实数，不同基因乘上的随机数各不相同，初始种群中每个个体的染色体均通过相同的操作生成。5.根据权利要求4所述的可编程的脉冲压缩器设计方法，其特征在于：步骤2.2中评价种群中每个个体的适应度包括：计算逼近输入信号的级数与种群中每个脉冲压缩器参考信号所对应的级数的相关函数；相关函数是时间的连续函数，在此计算当时间变量等于一部分具体数值时的相关函数值，这些具体时间值对应的时刻在时间轴上必须足够稠密，相邻时刻的间距的上限等于输入信号的带宽的倒数的4～10倍，具体数值根据实验情况进行调整；搜索这些具体时刻上相关函数的模的平方的最大值当作主瓣；在距离主瓣位置的距离大于带宽的倒数的1.5～1.8倍以外的区域当作相关函数的副瓣区域，搜索副瓣区域内相关函数的模的平方的最大值当作副瓣；计算相关函数的主瓣和副瓣之比，作为种群中个体的适应度。
6.根据权利要求5所述的可编程的脉冲压缩器设计方法，其特征在于：步骤2.3中对种群中全部个体进行优选包括：在计算每个个体的适应度以后，将每个个体的适应度除以全部个体适应度总和，得到每个个体的适应度占全体适应度的比例，称为适应度比例；将个体的适应度比例逐...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜志升，沈石坚，邢雷，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：