[发明专利]一种基于模式搜索算法的多波形相位编码方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及雷达波形编码方法。

背景技术

MIMO雷达与传统的相控阵雷达相比，具有更大的孔径、更好的分辨力、检测性能和自适应的波束形成能力。因此，需要设计满足要求的多波形应用于MIMO雷达。另外，设计随着近年来军事装备的发展，现代战争中大量应用隐身飞行器、无人机和巡航导弹等低反射截面积(RCS)飞行器，目标回波能量显著减小，严重降低了雷达的探测性能。为了通过提高信噪比来改善雷达探测性能，典型的方法有脉冲压缩，但此方法会产生较高的距离旁瓣，包括自相关旁瓣和互相关旁瓣。

通过设计具有低自相关和互相关旁瓣的波形，能够减小旁瓣对检测性能的影响，但采用优化方法抑制全部距离旁瓣的能力有限。在某些实际应用中，可根据已知先验信息抑制某些时间间隔的距离旁瓣，降低优化难度，得到更低的距离旁瓣。另外，恒模波形不仅可以增加发射功率，而且易于硬件实现。因此，设计具有恒模特性且能够优化特定时间间隔自相关和互相关旁瓣的多波形具有重要的理论价值和实际意义。目前，国内外针对特定延时区间上具有好的自相关和互相关特性的多波形设计已经做了一些研究，文献“Designing unimodular sequence sets with good correlations-Including an application to MIMO radar，IEEE transactions on signal processing,57(11):4391-4405,2009”提出WeCAN算法，通过循环迭代设计在特定延时区间具有低的自相关和互相关旁瓣的多波形，但此算法收敛速度慢，需要很多的迭代次数，降低了运算效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出了一种基于模式搜索算法的多波形相位编码方法，能够以较小的计算量得到在特定延时区间具有低自相关和互相关旁瓣的恒模多波形，提高波形编码的效率。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，先根据需要抑制的自相关和互相关旁瓣区域构建目标函数。将多维优化问题转化为一维搜索，化简目标函数，然后用模式搜索算法进行优化；经过多次迭代可以得到具有好的相关特性的波形。因而本发明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：

其中φ_m(n)(-π<φ_m(n)≤π)是第m个信号的第n个子脉冲的相位；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

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

其中

其中Re{·}表示取实部，Im{·}表示取虚部。

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