專利名稱：基于空時(shí)聯(lián)合優(yōu)化的mimo雷達(dá)波形合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，涉及雷達(dá)波形的合成，可用于MIMO雷達(dá)在目標(biāo)探測和跟蹤階段的波形設(shè)計(jì)，以滿足工程所需性能。
背景技術(shù)：
多輸入多輸出MMO雷達(dá)是一種新興的有源探測技術(shù)，現(xiàn)已成為雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。根據(jù)天線的布置方式，可以將MMO雷達(dá)分為分布式MMO雷達(dá)和集中式MMO雷達(dá)兩類。其中集中式MIMO雷達(dá)的特點(diǎn)是陣元間距較小，具有自由地設(shè)計(jì)每副天線波形的能力，即波形分集。與相控陣?yán)走_(dá)相比，集中式MMO雷達(dá)的自由度提高了，這使得MMO雷達(dá)具有更多的優(yōu)越性，如更好的參量辨別能力、更靈活的發(fā)射方向圖設(shè)計(jì)能力等。目前，MMO雷達(dá)的波形設(shè)計(jì)主要包括正交波形設(shè)計(jì)、特定發(fā)射方向圖的波形設(shè)計(jì)等方面。其中，正交波形設(shè)計(jì)主要針對(duì)目標(biāo)的探測；特定發(fā)射方向圖的波形設(shè)計(jì)主要針對(duì)目標(biāo)的跟蹤，解決雷達(dá)系統(tǒng)的空間能量分配問題。對(duì)于正交波形設(shè)計(jì)，目前主要基于陣元間信號(hào)的正交性對(duì)發(fā)射波形進(jìn)行設(shè)計(jì)，如[Deng H. . Polyphase Code Design for Orthogonal Netted Radar Systems.1EEE Trans,on Signal Processing. 2004, Vol. 52 (11) · 3126-3135.]。采用此類方式設(shè)計(jì)的波形雖然可以保證陣元間信號(hào)具有較好的正交性，但空間合成信號(hào)的脈壓特性較差，不利于弱目標(biāo)檢測。對(duì)于特定發(fā)射方向圖的波形設(shè)計(jì)，目前的方法主要包括兩步信號(hào)相關(guān)矩陣優(yōu)化與發(fā)射波形綜合。其中信號(hào)相關(guān)矩陣優(yōu)化，在國際刊物上發(fā)表的較為有效的方法是Stoica Petre和 Li Jian 提出的半正定規(guī)劃法(Sem1-defined programming, SDP),見[Stoica P. , LiJ. , XieY. . On probing signal design for MIMO radar.1EEE Trans, on Signal Processing. 2007, Vol. 55 (8). 4151-4161]，該方法根據(jù)給定的發(fā)射方向圖在最小均方誤差準(zhǔn)則下，得到全局最優(yōu)的信號(hào)相關(guān)矩陣。對(duì)于發(fā)射波形綜合，目前有效的方法是循環(huán)算法(CyclicAlgorithm,CA),見[Stoica P.,Li J. , ZhuX. . Waveform Synthesis for Diversity-BasedTransmit Beampattern Design.1EEE Trans, on Signal Processing. 2008, Vol. 56(6). 2593-2598]。該算法在滿足信號(hào)是恒模的情況下，側(cè)重考慮發(fā)射方向圖的逼近問題，而沒有考慮“空間合成信號(hào)”或者“回波信號(hào)”的相關(guān)特性。實(shí)際中，對(duì)于雷達(dá)系統(tǒng)，不僅希望發(fā)射信號(hào)具有恒模特性，而且應(yīng)該具有以下特性I)發(fā)射信號(hào)波形應(yīng)具有期望的空間功率分布，即所形成的發(fā)射方向圖要逼近期望的發(fā)射方向圖。2)空間合成信號(hào)或者回波信號(hào)具有較好的脈壓特性，即回波信號(hào)的時(shí)域自相關(guān)峰值旁瓣電平要低。上述已有的波形設(shè)計(jì)方法僅僅保證了發(fā)射波形的空間功率分布，而沒有考慮空間合成信號(hào)或者回波信號(hào)的自相關(guān)特性，可能導(dǎo)致脈壓后的信號(hào)具有較高的峰值旁瓣電平，不利于弱目標(biāo)檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于空時(shí)聯(lián)合優(yōu)化的MMO雷達(dá)波形合成方法，以保證波形能夠逼近期望方向圖，并提高回波信號(hào)的時(shí)域自相關(guān)特性，進(jìn)而提聞后續(xù)的目標(biāo)檢測性能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的MMO雷達(dá)波形合成方法，包括如下步驟(I)確定發(fā)射波形的相關(guān)矩陣R，其中R為M維的Hermitian半正定矩陣，M表示發(fā)射陣元個(gè)數(shù)；(2)隨機(jī)產(chǎn)生LXM維的初始恒模波形矩陣X°，其中L表示發(fā)射信號(hào)的碼長；(3)確定感興趣的觀測方位角{ ,匕，即自相關(guān)特性需要提高的方位角，其中I表示感興趣的觀測方位角總個(gè)數(shù)；(4)根據(jù)相關(guān)矩陣R，初始恒模波形矩陣X°，設(shè)計(jì)維數(shù)為LXM的相位矩陣Φ (4a)建立相位矩陣Φ的如下優(yōu)化模型
權(quán)利要求
1.一種基于空時(shí)聯(lián)合優(yōu)化的MIMO雷達(dá)波形合成方法，包括如下步驟 (1)確定發(fā)射波形的相關(guān)矩陣R，其中R為M維的Hermitian半正定矩陣，M表示發(fā)射陣元個(gè)數(shù)； (2)隨機(jī)產(chǎn)生LXM維的初始恒模波形矩陣Χ°，其中L表示發(fā)射信號(hào)的碼長； (3)確定感興趣的觀測方位角，即自相關(guān)特性需要提高的方位角，其中I表示感興趣的觀測方位角總個(gè)數(shù)； (4)根據(jù)相關(guān)矩陣R，初始恒模波形矩陣Χ°，設(shè)計(jì)維數(shù)為LXM的相位矩陣Φ: (4a)建立相位矩陣Φ的如下優(yōu)化模型
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO雷達(dá)波形合成方法，其中步驟(I)所述的確定發(fā)射波形的相關(guān)矩陣R，包括兩種方式 第一種，針對(duì)正交波形設(shè)計(jì)，發(fā)射波形的相關(guān)矩陣確定為R=IM，其中Im表示M維的單位陣； 第二種，針對(duì)特定發(fā)射方向圖的波形設(shè)計(jì)，采用發(fā)射方向圖匹配模型設(shè)計(jì)發(fā)射波形的相關(guān)矩陣R。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MIMO雷達(dá)波形合成方法，其中步驟(3)所述的確定感興趣的觀測方位角，是根據(jù)不同的波形進(jìn)行如下設(shè)定 (3a)對(duì)于正交波形，設(shè)定感興趣的觀測方位角為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于空時(shí)聯(lián)合優(yōu)化的MIMO波形合成方法，主要解決現(xiàn)有方法在保證發(fā)射波形的空間功率分布情況下，空域合成信號(hào)的自相關(guān)特性較差的問題。其實(shí)現(xiàn)過程是根據(jù)實(shí)際需要，確定發(fā)射波形的相關(guān)矩陣；產(chǎn)生初始恒模波形矩陣；確定感興趣的觀測方位角，即自相特性需要提高的方位角；利用序列二次規(guī)劃設(shè)計(jì)恒模波形的相位矩陣；根據(jù)相位矩陣合成恒模波形矩陣。本發(fā)明在波形設(shè)計(jì)時(shí)考慮了發(fā)射波形的空域特性與特定方向信號(hào)的時(shí)域自相關(guān)特性，所合成的波形具有期望的空間功率分布，且在感興趣方向上具有較好的時(shí)域自相關(guān)特性，可用于MIMO雷達(dá)在目標(biāo)探測及跟蹤階段的波形設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)G01S7/42GK103018732SQ20131001747
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者劉宏偉, 周生華, 王旭, 戴奉周, 糾博 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)