[发明专利]一种基于模式搜索算法的多波形相位编码方法

权利要求书

1.一种基于模式搜索算法的多波形相位编码方法，包括以下步骤：

步骤1：初始化参数；

假设MIMO雷达发射的M个长度均为N的相位编码信号相位集Φ＝[φ₁,…,φ_M]，其中φ_m,m＝1,2,…M是一个长度为N列向量，表示第m个长度为N的波形的相位,则第m个信号可表示为：

sm(n)=1Nejφm(n),n=1,2,...N,m=1,2,...M]]>

其中φ_m(n)是第m个信号的第n个子脉冲的相位,且-π＜φ_m(n)≤π；对相位矩阵Φ初始化为符合独立高斯分布的随机变量；

s_m,m＝1,…,M的自相关旁瓣向量为r_m(k),k＝-(N-1),…N-1，对应的自相关函数旁瓣加权w_k,k＝1,…,N-1；s_m,m＝1,…,M与s_l,l＝1,…,M,m≠l的互相关函数为r_ml(k),k＝-(N-1),…N-1，对应的互相关函数旁瓣加权v_k,k＝-(N-1),…,N-1；加权系数w_k,k＝1,…,N-1和v_k,k＝-(N-1),…,N-1是根据实际场景确定的；

步骤2用模式搜索算法求解波形相位；

2.1、代价函数

将指定延时区间内自相关和互相关旁瓣的加权和作为目标函数；因此目标函数表示为

J=Σm=1MΣk=1N-1wkrm(k)+Σm=1MΣl=m+1MΣk=-(N-1)N-1vkrml(k)]]>

2.2、化简代价函数

当改变s_m的第n个相位，使其有相位增量Δφ时，则目标函数中只有s_m的自相关函数和与其有关的互相关函数部分发生变化；只对目标函数变化的部分进一步化简，获得目标函数为关于相位增量Δφ的三角函数的形式

J_m,n＝γ₀+γ₁cosΔφ+γ₂sinΔφ+γ₃cos2Δφ+γ₄sin2Δφ

其中

γ0=α0+Σl=1Mβ0lγ1=α1+Σl=1Mβ1lγ2=α2+Σl=1Mβ2lγ3=λα3γ4=λα4]]>

αj=Σk=1N-1wkaj(k),j=0,1,2,3,4]]>

βjl=Σk=-N+1N-1wkbj(k),j=0,1,2]]> 1

a0(k)=|gm,n(k)|2+|qr,m,n(k)|2+|qc,m,n(k)|2a1(k)=2[Re{gm,n(k)}(Re{qr,m,n(k)}+Re{qc,m,n(k)})+Im{gm,n(k)}(Im{qr,m,n(k)}+Im{qc,m,n(k)})]a2(k)=2[Im{gm,n(k)}(Re{qr,m,n(k)}-Re{qc,m,n(k)})-Im{gm,n(k)}(Im{qr,m,n(k)}-Im{qc,m,n(k)})]a3(k)=2(Re{qr,m,n(k)}Re{qc,m,n(k)}+Im{qr,m,n(k)}Im{qc,m,n(k)})a4(k)=2(-Im{qr,m,n(k)}Re{qc,m,n(k)}+Re{qr,m,n(k)}Im{qc,m,n(k)})]]>

其中Re{·}表示取实部，Im{·}表示取虚部；

b0(k)=|hml,n(k)|2+|qml,n(k+N)|2b1(k)=2[Re{hml,n(k)}Re{qml,n(k+N)}+Im{hml,n(k)}Im{qml,n(k+N)}]b2(k)=2[Im{hml,n(k)}Re{qml,n(k+N)}-Re{hml,n(k)}Im{qml,n(k+N)}]]]>

其中向量q_r,m,n,q_c,m,n是两个与第n行和第n列元素有关的(N-1)×1向量

qr,m,n=sm(n)[sm*(n-1),sm*(n-2),...,sm*(1),0...0N-n]T]]>

qc,m,n=sm*(n)[sm(n+1),sm(n+2),...,sm(N),0...0n-1]T]]>

g_m,n(k)＝r_m(k)-q_r,m,n(k)-q_c,m,n(k)且k＝1,…N-1；

q_ml,n是一个与的第n行元素有关的(2N-1)×1向量

qml,n=sm(n)[0...0n-1,sl*(N),sl*(N-1),...,sl*(1),0...0N-n]T]]>

h_ml,n(k)＝r_ml(k)-q_ml,n(k+N)

2.3：模式搜索法计算最优解

对Φ中的每个相位φ_m(n),m＝1,…,M；n＝1,…,N，设其相位增量为Δφ，求出目标函数J_m,n，求解出使目标函数最小的Δφ^*；更新相位，即用φ_m(n)+Δφ^*代替原来的相位φ_m(n)；

2.4：重复步骤2.2、2.3，直到满足停止准则为止；停止准则可以为迭代次数或前后两次迭代优化变量的变化||Φ'-Φ||＜ε，ε为常数。