基于空时联合优化的MIMO雷达波形合成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于空时联合优化的MIMO波形合成方法，主要解决现有方法在保证发射波形的空间功率分布情况下，空域合成信号的自相关特性较差的问题。其实现过程是：根据实际需要，确定发射波形的相关矩阵；产生初始恒模波形矩阵；确定感兴趣的观测方位角，即自相特性需要提高的方位角；利用序列二次规划设计恒模波形的相位矩阵；根据相位矩阵合成恒模波形矩阵。本发明专利技术在波形设计时考虑了发射波形的空域特性与特定方向信号的时域自相关特性，所合成的波形具有期望的空间功率分布，且在感兴趣方向上具有较好的时域自相关特性，可用于MIMO雷达在目标探测及跟踪阶段的波形设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达
，涉及雷达波形的合成，可用于MIMO雷达在目标探测和跟踪阶段的波形设计，以满足工程所需性能。
技术介绍
多输入多输出MMO雷达是一种新兴的有源探测技术，现已成为雷达
的一个研究热点。根据天线的布置方式，可以将MMO雷达分为分布式MMO雷达和集中式MMO雷达两类。其中集中式MIMO雷达的特点是阵元间距较小，具有自由地设计每副天线波形的能力，即波形分集。与相控阵雷达相比，集中式MMO雷达的自由度提高了，这使得MMO雷达具有更多的优越性，如更好的参量辨别能力、更灵活的发射方向图设计能力等。目前，MMO雷达的波形设计主要包括正交波形设计、特定发射方向图的波形设计等方面。其中，正交波形设计主要针对目标的探测；特定发射方向图的波形设计主要针对目标的跟踪，解决雷达系统的空间能量分配问题。对于正交波形设计，目前主要基于阵元间信号的正交性对发射波形进行设计，如[Deng H. . Polyphase Code Design for Orthogonal Netted Radar Systems.1EEE Trans,on Signal Processing. 2004, Vol. 52 (11) · 3126-3135.]。采用此类方式设计的波形虽然可以保证阵元间信号具有较好的正交性，但空间合成信号的脉压特性较差，不利于弱目标检测。对于特定发射方向图的波形设计，目前的方法主要包括两步信号相关矩阵优化与发射波形综合。其中信号相关矩阵优化，在国际刊物上发表的较为有效的方法是Stoica Petre和 Li Jian 提出的半正定规划法(Sem1-defined programming, SDP),见[Stoica P. , LiJ. , XieY. . On probing signal design for MIMO radar.1EEE Trans, on Signal Processing. 2007, Vol. 55 (8). 4151-4161]，该方法根据给定的发射方向图在最小均方误差准则下，得到全局最优的信号相关矩阵。对于发射波形综合，目前有效的方法是循环算法(CyclicAlgorithm,CA),见[Stoica P.,Li J. , ZhuX. . Waveform Synthesis for Diversity-BasedTransmit Beampattern Design.1EEE Trans, on Signal Processing. 2008, Vol. 56(6). 2593-2598]。该算法在满足信号是恒模的情况下，侧重考虑发射方向图的逼近问题，而没有考虑“空间合成信号”或者“回波信号”的相关特性。实际中，对于雷达系统，不仅希望发射信号具有恒模特性，而且应该具有以下特性I)发射信号波形应具有期望的空间功率分布，即所形成的发射方向图要逼近期望的发射方向图。2)空间合成信号或者回波信号具有较好的脉压特性，即回波信号的时域自相关峰值旁瓣电平要低。上述已有的波形设计方法仅仅保证了发射波形的空间功率分布，而没有考虑空间合成信号或者回波信号的自相关特性，可能导致脉压后的信号具有较高的峰值旁瓣电平，不利于弱目标检测。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于空时联合优化的MMO雷达波形合成方法，以保证波形能够逼近期望方向图，并提高回波信号的时域自相关特性，进而提闻后续的目标检测性能。为实现上述目的，本专利技术的MMO雷达波形合成方法，包括如下步骤(I)确定发射波形的相关矩阵R，其中R为M维的Hermitian半正定矩阵，M表示发射阵元个数；(2)随机产生LXM维的初始恒模波形矩阵X°，其中L表示发射信号的码长；(3)确定感兴趣的观测方位角{ ,匕，即自相关特性需要提高的方位角，其中I表示感兴趣的观测方位角总个数；(4)根据相关矩阵R，初始恒模波形矩阵X°，设计维数为LXM的相位矩阵Φ (4a)建立相位矩阵Φ的如下优化模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空时联合优化的MIMO雷达波形合成方法，包括如下步骤：（1）确定发射波形的相关矩阵R，其中R为M维的Hermitian半正定矩阵，M表示发射阵元个数；（2）随机产生L×M维的初始恒模波形矩阵X0，其中L表示发射信号的码长；（3）确定感兴趣的观测方位角即自相关特性需要提高的方位角，其中I表示感兴趣的观测方位角总个数；（4）根据相关矩阵R，初始恒模波形矩阵X0，设计维数为L×M的相位矩阵Φ：（4a）建立相位矩阵Φ的如下优化模型：minΦmax{maxk=1,...,L-1{αi}i=1I[|f(Φ,αi,k)|],maxq=p+1,...,Mp=1,...,M-1[μ|g(Φ,p,q)-Rpq|]},其中，g(Φ,p,q)是相位矩阵Φ对应的第p个与第q个阵元波形的相关系数，Rpq表示相关矩阵R的第p行第q列元素，μ表示方向图逼近权重，|·|表示复数的模值或实数的绝对值；f(Φ,αi,k)是相位矩阵Φ对应的波形在αi方向上的第k个时延位置处的归一化自相关函数值，表示为：f(Φ,αi,k)=1L|aH(αi)[exp(jΦ)]HJkexp(jΦ)a(αi)|/[aH(αi)Ra(αi)]其中a(αi)表示αi方向的导向矢量，i＝1,…,I，exp(jΦ)表示以相位矩阵Φ中各元素为相位构成的恒模矩阵，符号j表示虚数单位，符号exp(·)表示以自然对数e为底的指数函数，Jk表示L×L维的偏移矩阵，k=1,…,L?1，(·)H表示共轭转置；（4b）利用序列二次规划求解步骤(4a)中的数学模型，得到相位矩阵Φ；（5）根据相位矩阵Φ，合成恒模波形矩阵X=[x1,x2,…xM]，该恒模波形矩阵X即是最终合成的MIMO雷达波形，其中，向量xm=[x1m,…,xLm]T表示矩阵X的第m列，表示相位矩阵Φ的第l行第m列元素，l=1,…,L，m=1，…,M， (·)T表示转置。FDA00002744952700011.tif,FDA00002744952700014.tif,FDA00002744952700015.tif...

【技术特征摘要】
1.一种基于空时联合优化的MIMO雷达波形合成方法，包括如下步骤 (1)确定发射波形的相关矩阵R，其中R为M维的Hermitian半正定矩阵，M表示发射阵元个数； (2)随机产生LXM维的初始恒模波形矩阵Χ°，其中L表示发射信号的码长； (3)确定感兴趣的观测方位角，即自相关特性需要提高的方位角，其中I表示感兴趣的观测方位角总个数； (4)根据相关矩阵R，初始恒模波形矩阵Χ°，设计维数为LXM的相位矩阵Φ: (4a)建立相位矩阵Φ的如下优化模型...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏伟，周生华，王旭，戴奉周，纠博，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：