前視機載雷達發(fā)射方向圖的設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種前視機載雷達發(fā)射方向圖設(shè)計方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的方向圖自適應(yīng)性差，且在雜波區(qū)輻射能量強，目標回波信雜比低的問題。其實現(xiàn)步驟是：1.根據(jù)機載雷達上一時刻接收的目標和雜波回波信號及前視機載雷達參數(shù)構(gòu)造導(dǎo)向矢量；2.根據(jù)導(dǎo)向矢量計算目標的回波及雜波的回波，得出目標信號的平均功率及雜波信號的平均功率計算式；3.利用目標信號的平均功率及雜波信號的平均功率構(gòu)造信雜比；4.以信雜比最大為代價函數(shù)，建立對應(yīng)的凸優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，得出發(fā)射信號相關(guān)矩陣的最優(yōu)值；5.計算出前視機載雷達的發(fā)射方向圖。本發(fā)明設(shè)計的發(fā)射方向圖可在強雜波區(qū)產(chǎn)生低旁瓣，降低強雜波區(qū)輻射能量，可用于提高發(fā)射端抑制雜波的能力。
【專利說明】前視機載雷達發(fā)射方向圖的設(shè)計方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達【技術(shù)領(lǐng)域】，機載發(fā)射端雜波抑制，特別涉及一種機載雷達發(fā)射方 向圖設(shè)計方法，用于提高雜波的抑制能力。

【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字元器件在雷達系統(tǒng)中的普遍應(yīng)用產(chǎn)生了數(shù)字陣列雷達，數(shù)字陣列雷達的 各陣?？梢园l(fā)射不同信號。同時通信領(lǐng)域中ΜΙΜΟ的概念[Rabideau D.J. and Parker P.. Ubiquitous ΜΙΜΟ Multifunction Digital Array Radar [C]. Conference Record of the 37th Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, 2003, vol. 1, pp. 1 057-1064]和技術(shù)及綜合脈沖孔徑雷達SIAR在雷達中的應(yīng)用，使得數(shù)字陣列雷達有了用武 之地。ΜΜ0雷達可以根據(jù)收發(fā)天線的間距大小分為分布式ΜΜ0雷達和集中式ΜΜ0雷達。 對于分布式ΜΜ0雷達，因為各個天線對目標的觀測角度不同且回波具有獨立性，因此，統(tǒng) 計意義下，分布式ΜΜ0雷達可以克服目標的閃爍效應(yīng)。集中式ΜΜ0雷達具有自由設(shè)計各 陣元發(fā)射波形的能力，相較于相控陣雷達，其自由度有顯著地提高，因此具有自適應(yīng)發(fā)射方 向圖設(shè)計能力，見[Li J. and Stoica P·· ΜΙΜ0 Radar With Colocated Antennas [J]· IEEE Signal Processing Magazine, Sep. 2007, vol. 24, pp. 106-114]〇
[0003] 如前所述，將數(shù)字陣列雷達和ΜΜ0技術(shù)相結(jié)合，就可以根據(jù)實際需要設(shè)計發(fā)射 方向圖，進而進行信號發(fā)射。目前發(fā)射方向圖的設(shè)計方法都是設(shè)計發(fā)射信號的相關(guān)矩陣 R。通過構(gòu)造滿足特定條件且含有相關(guān)矩陣R的代價函數(shù)，建立凸優(yōu)化模型，再用凸優(yōu)化 工具包 cvx 求解，cvx 的具體用法見[M. Grant and S. Boyd. CVX:Matlab software for disciplined convex programming, http://Stanford, edu/ ?boyd/cvx, Dec. 2008]〇
[0004] 目前機載雷達大多應(yīng)用相控陣制式雷達，其發(fā)射方向圖雖然指向性較強，信號相 干性好，但是自由度低，在發(fā)射端基本沒有雜波抑制能力。而且，機載相控陣雷達對雜波的 抑制處理多現(xiàn)于接收端，參見
[0005] [J. Ward. ^Space-Time Adaptive Processing for Airborne Radar〃MIT Lincoln Laboratory, Tech. Rpt. TR-I015, 13Dec. 1994]。
[0006] 在機載雷達的實際工作環(huán)境中，感興趣的目標大多存在于非均勻雜波中，這大大 影響了雷達檢測目標的能力。因此，雷達有必要在雜波區(qū)域自適應(yīng)地減少輻射能量，以此來 降低接收信號中雜波的功率；對目標區(qū)域，即雜波信號弱的區(qū)域適當?shù)丶哟筝椛淠芰?，依?增強接收信號中目標的回波信號功率。由于目前機載雷達可以通過對發(fā)射波形設(shè)計來獲得 特定的方向圖，從而實現(xiàn)某些要求，例如在感興趣的方向分配一定能量的同時，對雜波區(qū)域 特別是強雜波區(qū)域輻射較低能量。
[0007] 目前自適應(yīng)發(fā)射方向圖設(shè)計方法主要是基于地基雷達的，而機載雷達抑制雜波的 處理都是設(shè)計在接收端，發(fā)射端則采用傳統(tǒng)的相控陣制式，沒有抑制雜波的自適應(yīng)性。機載 雷達的空域角度范圍大于地基雷達的空域角度范圍，因此，機載雷達發(fā)射端的發(fā)射方向圖 設(shè)計方法和地基雷達具有明顯的不同。同時由于機載雷達的發(fā)射信號S是恒模矩陣，實際 獲得的發(fā)射信號S的相關(guān)矩陣只能近似于最優(yōu)相關(guān)矩陣R，無法保證在雜波區(qū)域產(chǎn)生足夠 低的凹陷，因此將導(dǎo)致目標回波信號信雜比的降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提出一種前視機載雷達發(fā)射方向圖設(shè)計方法。以解決傳統(tǒng)機載 雷達發(fā)射端設(shè)計的自適應(yīng)性差，發(fā)射方向圖在雜波區(qū)輻射能量強，目標回波信雜比低的問 題。
[0009] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是利用雜波和目標的先驗信息來設(shè)計發(fā) 射方向圖，在發(fā)射方向圖中強雜波區(qū)域設(shè)計低旁瓣，從而在發(fā)射端抑制雜波，提高目標回波 信號的信雜比，其具體步驟包括如下：
[0010] (1)根據(jù)所述前視機載雷達從上一時刻接收的目標回波和雜波回波中提取的目標 的方位角9t、目標的散射系數(shù)以及雜波的方位角Θ、雜波的散射系數(shù)夕⑷，的， 所有需要觀測的方位角9 all以及雷達陣元數(shù)N、陣元間距d、脈沖數(shù)M、工作波長λ、載 機俯仰角供、載機速度V，并用這些參數(shù)構(gòu)造空域掃描矢量七(I/#)、目標的發(fā)射導(dǎo)向矢 量％(6*，，的、目標的空時二維導(dǎo)向矢量(盡，供)、目標多普勒導(dǎo)向矢量說，)、雜波 的發(fā)射導(dǎo)向矢量&(久的、雜波的空時二維導(dǎo)向矢量士⑷，的以及雜波多普勒導(dǎo)向矢量 ?-/"-(沒，)；
[0011] ⑵根據(jù)目標的散射系數(shù)Ad供）、目標的發(fā)射導(dǎo)向矢量和目標 的空時二維導(dǎo)向矢量心說，的，以及待優(yōu)化發(fā)射信號S，構(gòu)造當前時刻目標的回波

【權(quán)利要求】
1. 一種前視機載雷達發(fā)射方向圖設(shè)計方法，包括以下步驟： (1)根據(jù)所述前視機載雷達從上一時刻接收的目標回波和雜波回波中提取的目標的 方位角et、目標的散射系數(shù)以及雜波的方位角9、雜波的散射系數(shù)的，所 有需要觀測的方位角0 all以及雷達陣元數(shù)N、陣元間距d、發(fā)射信號碼長L、脈沖數(shù)M、工作 波長a、載機俯仰角供、載機速度V，并用這些參數(shù)構(gòu)造空域掃描矢量，妁、目標的發(fā) 射導(dǎo)向矢量、目標的空時二維導(dǎo)向矢量as,(K>、目標多普勒導(dǎo)向矢量"*>;_(貧，爐)、 雜波的發(fā)射導(dǎo)向矢量隊的、雜波的空時二維導(dǎo)向矢量士(心的以及雜波多普勒導(dǎo)向矢量 ，(Ph ⑵根據(jù)目標的散射系數(shù)A⑷，爐)、目標的發(fā)射導(dǎo)向矢量％(6!勸和目標的 臺時一維馬白紀！ !. ? . c/?'),丨)丨
W fe作#脊射欄縣^ Mi姓羋品?時亥|J目標的回波 ⑶根據(jù)雜波的散射系數(shù)Ad P)、雜波的發(fā)射導(dǎo)向矢量(久約和雜波的空 時二維導(dǎo)向矢量〃、，⑷，以及待優(yōu)化發(fā)射信號S，構(gòu)造當前時刻雜波的回波
(4) 利用目標的回波Yt和雜波的回波Y。，分別得到出目標信號的平均功率Pt和雜波信 號的平均功率P。：
其中及=丄怒〃是發(fā)射信號S的相關(guān)矩陣； L (5) 根據(jù)目標信號的平均功率Pt和雜波信號的平均功率P。，構(gòu)造出信雜比公式為：Z = Pt/P。，并以最大化信雜比Z為代價函數(shù)，建立對應(yīng)的凸優(yōu)化數(shù)學(xué)模型； max Z R S. t. R的特征值大于或等于零 R的各個對角線元素 =C 其中，C為機載雷達每個陣元的發(fā)射功率上限；z表示調(diào)節(jié)R的值使得Z發(fā)達到最 大值，即發(fā)射信號相關(guān)矩陣的最優(yōu)值R'為求解出的mfZ的解； (6) 根據(jù)所述凸優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，用matlab中的凸優(yōu)化工具包cvx計算出發(fā)射信號相關(guān) 矩陣的最優(yōu)值R' ； (7) 根據(jù)發(fā)射信號相關(guān)矩陣的最優(yōu)值R'，計算前視機載雷達的發(fā)射方向圖
2.如權(quán)利要求1所述的前視機載雷達發(fā)射方向圖設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟（1) 中空域掃描矢量七(也,,的、目標的接收導(dǎo)向矢量A、目標的發(fā)射導(dǎo)向矢量、 雜波的接收導(dǎo)向矢量A隊叫、以及雜波的發(fā)射導(dǎo)向矢量々隊妁，目標的多普勒導(dǎo)向矢量 、雜波的多普勒導(dǎo)向矢量(久㈧，目標的空時二維導(dǎo)向矢量、雜波的空時二 維導(dǎo)向矢量，分別表示如下：
其中（?）T表示矩陣的轉(zhuǎn)置，?表示Kronecker乘積。
【文檔編號】G01S7/28GK104280720SQ201410568358
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】左群聲, 劉宏偉, 施君南, 糾博, 王英華, 戴奉周 申請人:西安電子科技大學(xué)