[发明专利]基于随机空时编码的集中式MIMO雷达旁瓣压缩方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体的说是一种基于随机空时编码的旁瓣压缩方法，用于压缩MIMO雷达回波的旁瓣。

背景技术

集中式多输入多输出MIMO雷达的发射天线在不同方向发射不同的雷达波形，为了使雷达接收天线在接收时能够区分不同的发射波形，要求雷达波形的旁瓣要低，即雷达波形要有低的距离旁瓣和互相关旁瓣。同时，为了防止大功率目标淹没附近距离单元的小功率目标以及大功率目标的距离旁瓣触发虚警，也要求MIMO雷达波形的距离旁瓣要尽可能的低。目前，主要通过设计合适的MIMO雷达波形来降低MIMO雷达波形的距离旁瓣和互相关旁瓣。至今，已经提出了很多的MIMO雷达波形设计算法，来降低波形的距离旁瓣和互相关旁瓣。虽然经过数年的研究MIMO雷达的波形设计方法已经取得了巨大的进步，但是所能获得的最小距离旁瓣峰值水平似乎已经达到了极限。并且在某些情况下，得到的波形的距离旁瓣和互相关旁瓣可能依然很高。因此，研究新的方法来进一步降低距离旁瓣和互相关旁瓣是很有意义的。

最近提出的新方法是空时编码方法以及它的改进方法。空时编码方法是一个非常有前景的方法；给定一组由MIMO雷达波形设计算法到得的波形，空时编码方法在波形发射前使用空时编码矩阵对波形进行调制，从而进一步降低波形的距离旁瓣和互相关旁瓣。研究发现，如果空时编码方法的调制矩阵和解调矩阵满足互相关相消条件，相参积累后波形间的互相关旁瓣就可以完全消除。空时编码方法能够完全消除波形间的互相关旁瓣，对于普通MIMO雷达的波形设计算法来说是一个不可能达到的任务。但是，实际上，由大功率目标引起的虚警概率与波形间的互相关旁瓣没有直接关系。这是因为集中式MIMO雷达在不同发射方向发射不同的波形，接收到的信号被分解为多个空间通道来处理不同方向的回波，所以不同方向回波的互相关旁瓣不仅取决于波形的距离旁瓣和互相关旁瓣，还取决于所用的发射天线以及回波的方向。因此，空时编码方法中满足互相关相消条件的调制矩阵和解调矩阵虽然能够完全消除波形间的互相关旁瓣，但是不一定能够得到目标回波的低距离旁瓣和低互相关旁瓣。同时，互相关相消条件要求空时编码矩阵的各列之间相互正交，由于在空时编码矩阵中相互正交的最大向量数目不会超过矩阵的维数。因此，互相关相消条件对相参积累时的脉冲重复周期个数有一个隐含的限制，即相参积累时的脉冲重复周期个数不能超过发射天线的个数，限制了相参积累的效果。另外，空时编码方法要求空时编码矩阵为对角矩阵，但是存在其它的矩阵也可以作为空时编码矩阵，限制了空时编码矩阵的选择范围。

发明内容

本发明的主要目的在于针对上述已有方法的缺点，提出了一种基于随机空时编码的旁瓣压缩方法，以大幅降低MIMO雷达回波的旁瓣，扩大空时编码矩阵的选择范围。

实现本发明的技术思路是：使用随机空时编码矩阵对MIMO雷达波形调制后发射，通过接收回波对回波匹配滤波和相参积累。具体实现步骤包括如下：

1）给定一组低旁瓣的MIMO雷达波形S；

2）MIMO雷达在第i次发射时，随机产生一个满足恒模调制的MIMO雷达随机空时编码矩阵E_i：

2a）随机产生M个在0~2π上均匀分布的实数记为列向量r，得到列向量根据得到一个MIMO雷达随机相位对角矩阵，记为其中，M为发射天线的个数，diag(·)表示以输入为对角元素的对角矩阵；

2b）随机产生一个MIMO雷达随机置换矩阵P_i；

2c）根据步骤2a）和步骤2b）得到的MIMO雷达随机相位对角矩阵和MIMO雷达随机置换矩阵P_i，得到一个MIMO雷达随机空时编码矩阵或

3）用MIMO雷达随机空时编码矩阵E_i对MIMO雷达波形S进行调制，并发射调制后的波形S′＝E_iS；

4）MIMO雷达接收第i次发射信号的回波，基于步骤3）中调制后的波形S′对回波进行匹配处理；

5）MIMO雷达积累最近的N次匹配处理后的回波并进行相参积累，最终从整体上降低信号的旁瓣电平，其中，N为进行相参积累的脉冲重复周期个数。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

a）本发明由于只需随机产生一个MIMO雷达随机空时编码矩阵对雷达波形调制后再发射，因此易于实现；

b）本发明由于使用MIMO雷达随机相位对角矩阵与MIMO雷达随机置换矩阵相乘，得到MIMO雷达随机空时编码矩阵，因此大幅降低了雷达回波的旁瓣。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；