发射波形与接收滤波器联合设计的压制干扰抑制方法技术

本发明专利技术公开了发射波形与接收滤波器联合设计的压制干扰抑制方法，建立发射信号序列与接收信号序列模型和基于ASL的接收失配滤波器模型；构建考虑接收机的动态范围的发射波形与接收滤波器联合优化模型；采用发射波形与接收滤波器联合优化算法求解联合优化模型，得到发射信号与失配滤波器参数最优解，以指导发射信号序列和接收滤波器设计。可实现发射信号与接收滤波器联合优化后的动态范围提升，同时在不同的输入干信比下获得优化的动态范围。同的输入干信比下获得优化的动态范围。同的输入干信比下获得优化的动态范围。

【技术实现步骤摘要】
发射波形与接收滤波器联合设计的压制干扰抑制方法


[0001]本专利技术属于雷达干扰
，具体涉及发射波形与接收滤波器联合设计的压制干扰抑制方法。

技术介绍

[0002]在现代雷达系统中，脉冲压缩技术可以利用特别设计的发射信号和接收滤波器以获得更好的目标检测能力和较高的距离向分辨率。雷达接收机动态范围作为一个重要的系统设计指标通常定义为最大接收信号幅度和最小接收信号幅度的比值，其直接影响多目标检测的性能。提高接收机动态范围可以通过设计合理的发射信号序列和接收滤波器实现。
[0003]在有干扰或者杂波的先验知识下，联合优化发射信号和接收滤波器的问题已经被广泛的研究。先前的研究主要关注在不同的多普勒条件下用来解决发射信号和接收滤波器互相关和互模糊函数的优化问题。同时将优化滤波器输出的SINR/SCNR作为度量准则，对接收滤波器进行优化处理。在这些算法的收敛过程中，每次迭代都需要求解一个凸优化问题和一个隐凸优化问题，这提高了优化算法的复杂度。同时，改善雷达动态接收范围对雷达对目标检测性能有重要的影响，若雷达动态接收范围在系统设计时未被考虑，目标有可能淹没在干扰的旁瓣之中或者目标的旁瓣高于其他的弱目标，导致雷达的探测能力下降。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供发射波形与接收滤波器联合设计的压制干扰抑制方法。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]发射波形与接收滤波器联合设计的压制干扰抑制方法，包括：
[0007]S1：建立发射信号序列与接收信号序列模型和基于ASL的接收失配滤波器模型；
[0008]S2：针对S1建立的模型，构建考虑接收机的动态范围的发射波形与接收滤波器联合优化模型；
[0009]S3：采用发射波形与接收滤波器联合优化算法求解联合优化模型，得到发射信号与失配滤波器参数最优解，以指导发射信号序列和接收滤波器设计。
[0010]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
[0011]上述的S1所述发射信号序列与接收信号序列模型，即离散点目标信号叠加压制干扰接收信号模型，的建立过程为：
[0012]发射信号序列表示为s＝[s1,s2,...,s
N
]T
；即发射信号具体形式为相位键控信号
[0013]接收到的基带信号包含一个点目标信号和压制式干扰信号，其满足下列方程
[0014]r＝Sx+w
[0015]其中，表示不同距离单元处的发射序列，以及x＝[x0,x1,
…
,x
N
‑1,x
‑
(N
‑
1)
,
…
,x
‑1]T
，x
k
表示不同距离单元的散射系数，w定义为与目标信号相互独立的干扰，假设w与{x
k
}互相独立；
[0016]点目标的电磁散射幅度为x0，则平均杂波功率E[|x0|2]＝α2；
[0017]压制干扰的特征使用干扰协方差矩阵W
(1)
表示为其中，定义为干扰的平均功率，W
(1)
为干扰协方差矩阵中对角线元素。
[0018]上述的S1所述基于ASL的最小均方误差特性的接收失配滤波器模型的建立过程为：
[0019]接收滤波器采用具有最小均方误差MSE的失配滤波器，在期望距离单元x0处，失配滤波器h满足h
H
s＝1的最大失配滤波输出假设，则在距离x0处的均方误差MSE可以表示为
[0020][0021]其中，h
H
Q
(s)
h和s
H
Q
(h)
s表示平均旁瓣电平，h
H
W
(1)
h表示失配滤波处理后的干扰电平，J
k
表示移位矩阵，其表达式为δ为单位狄拉克函数；
[0022]平均旁瓣电平ASL及h
H
s＝1可以分别表示为h
H
Q
(s)
h和s
H
Q
(h)
s，故基于ASL的接收失配滤波器可以表示为：
[0023][0024]其中，为信号干扰比(Signal
‑
to
‑
interference Ratio，SIR)；
[0025]当h
H
s为常数时，κh
H
Q
(s)
h和h
H
W
(1)
h两者中的最大值可以用来确定接收失配滤波器的动态范围。
[0026]上述的S2所述基于JTRD算法的发射波形与接收滤波器联合优化模型的构建过程为：
[0027]为获得更大的接收机动态范围，期望最小化平均旁瓣电平κh
H
Q
(s)
h和失配滤波器干扰电平h
H
W
(1)
h，尽可能使失配滤波器处理后的干扰电平等于旁瓣电平，同时发射信号和失配滤波器同时设计以最大化提升接收的自由度。
[0028]JTRD算法将最小化失配滤波后的信号平均旁瓣电平κh
H
Q
(s)
h作为目标函数，同时以一定信号干扰比κ下的失配滤波器干扰电平h
H
W
(1)
h、最大化目标信号的失配滤波输出为
约束条件，构建如下形式的优化模型：
[0029][0030]s.t.h
H
s＝1
[0031]h
H
W
(1)
h＝c
(κ)
[0032]|s
n
|＝1,n＝1,2,...,N
[0033]其中，c
(κ)
定义为失配滤波输出的干扰电平，与预设的信号干扰比κ有关；h
H
s＝1约束可以最大化目标信号的失配滤波输出，h
H
W
(1)
h将干扰电平抑制到给定的c
(κ)
范围，于此同时|s
n
|＝1，n＝1,2,...,N为发射信号的恒模约束保证发射机工作在饱和状态。
[0034]上述的S3所述发射波形与接收滤波器联合优化算法，使用交替迭代方向优化方法，将原问题的优化模型分解为两个子问题进行交替迭代优化，所述两个子问题分别为：固定发射波形时对滤波器系数进行优化时的优化子问题和固定失配滤波器系数时对发射信号进行优化的子问题
[0035]上述的固定发射波形时对滤波器系数进行优化时的优化子问题描述为
[0036][0037]s.t.s
H
h＝1
[0038]h
H
W
(1)
h＝c
(κ)
[0039]是一个凸优化问题，因为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.发射波形与接收滤波器联合设计的压制干扰抑制方法，其特征在于，包括：S1：建立发射信号序列与接收信号序列模型和基于ASL的接收失配滤波器模型；S2：针对S1建立的模型，构建考虑接收机的动态范围的发射波形与接收滤波器联合优化模型；S3：采用发射波形与接收滤波器联合优化算法求解联合优化模型，得到发射信号与失配滤波器参数最优解，以指导发射信号序列和接收滤波器设计。2.根据权利要求1所述的发射波形与接收滤波器联合设计的压制干扰抑制方法，其特征在于，S1所述发射信号序列与接收信号序列模型的建立过程为：发射信号序列表示为s＝[s1,s2,...,s
N
]
T
；接收到的基带信号包含一个点目标信号和压制式干扰信号，其满足下列方程r＝Sx+w其中，表示不同距离单元处的发射序列，以及x＝[x0,x1,
…
,x
N
‑1,x
‑
(N
‑
1)
,
…
,x
‑1]
T
，x
k
表示不同距离单元的散射系数，w定义为与目标信号相互独立的干扰，假设w与{x
k
}互相独立；点目标的电磁散射幅度为x0，则平均杂波功率E[|x0|2]＝α2；压制干扰的特征使用干扰协方差矩阵w
(1)
表示为其中，定义为干扰的平均功率，w
(1)
为干扰协方差矩阵中对角线元素。3.根据权利要求1所述的发射波形与接收滤波器联合设计的压制干扰抑制方法，其特征在于，S1所述基于ASL的接收失配滤波器模型的建立过程为：接收滤波器采用具有最小均方误差MSE的失配滤波器，在期望距离单元x0处，失配滤波器h满足h
H
s＝1的最大失配滤波输出假设，则在距离x0处的均方误差MSE表示为其中，h
H
Q
(s)
h和s
H
Q
(h)
s表示平均旁瓣电平，h
H
W
(1)
h表示失配滤波处理后的干扰电平，J
k
表示移位矩阵，其表达式为δ为单位狄拉克函数；平均旁瓣电平ASL及h
H
s＝1分别表示为h
H
Q
(s)
h和s
H
Q
(h)
s，故基于ASL的接收失配滤波器表示为：
其中，为信号干扰比；当h
H
s为常数时，κh
H
Q
(s)
h和h
H
W
(1)
h两者中的最大值用来确定接收失配滤波器的动态范围。4.根据权利要求1所述的发射波形与接收滤波器联合设计的压制干扰抑制方法，其特征在于，S2所述发射波形与接收滤波器联合优化模型的构建过程为：为获得更大的接收机动态范围，将最小化失配滤波后的信号平均旁瓣电平κh
H
Q
(s)
h作为目标函数，同时以信号干扰比κ下的失配滤波器干扰电平h
H
W
(1)
h、最大化目标信号的失配滤波输出为约束条件，构建如下形式的优化模型：s.t.h
H
s＝1h
H
W
(1)
h＝c
(κ)
|s
n
|＝1,n＝1,2,...,N其中，c
(κ)
定义为失配滤波输出的干扰电平，与预设的信号干扰比κ有关；h
H
s＝1约束最大化目标信号的失配滤波输出，h
H
W
(1)
h将干扰电平抑制到给定的c
(κ)
范围，于此同时|s
n
|＝1，n＝1,2,...,N为发射信号的恒模约束保证发射机工作在饱和状态。5.根据权利要求1所述的发射波形与接收滤波器联合设计的压制干扰抑制方法，其特征在于，S3所述发射波形与接收滤波器联合优化算法，使用交替优化方法，将优化模型分解为两个子问题进行交替迭代优化，所述两个子问题分别为：固定发射波形时对滤波器系数进行优化时的优化子问题和固定失配滤波器系数时对发射信号进行优化的子问题。6.根据权利要求5所述的发射波形与接收滤波器联合设计的压制干...

【专利技术属性】
技术研发人员：张劲东，吕树肜，张瑞，刘思琪，徐婧，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：