[发明专利]一种基于相似性约束的雷达慢时间域恒模信号设计方法

说明书

该发明公开了一种色高斯环境下雷达慢时间发射信号设计方法，属于雷达信号处理领域，特别涉及雷达慢时间域信号设计方法。为提高加性色高斯噪声下动目标检测性能，以恒模与相似性约束，通过优化SNR，提出了一种具有高效率与高性能的单基地雷达慢时间信号设计方法。实现本发明的思路是，首先建立单基地雷达系统慢时间信号模型，推导目标函数并构造优化问题，最后求解优化问题。本发明方法采用序列迭代的算法，每步迭代中优化信号的一个元素，继而将一个高维优化问题转换成多个有闭式解的一维优化问题，大大降低了计算复杂度，提高了求解效率，同时具有高的SNR。

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，特别涉及雷达慢时间域信号设计方法，适用于色高斯环境下单基地雷达的动目标检测。

背景技术

雷达慢时间域信号设计技术是一项发射端技术，该技术通过优化波形与动目标匹配，与环境失配，从而抑制干扰，提高动目标检测能力，在雷达信号检测领域有广阔的应用价值。色高斯环境下的动目标检测是雷达信号检测中常见的一类问题，为提高雷达在该干扰下的检测性能，通常利用色高斯的二阶统计特性，设计雷达发射信号以获得最大的输出信噪比(SNR)，从而提高雷达对动目标的检测性能。

为切合实际应用的场景，雷达发射信号通常需要满足一些约束条件。具体而言，为充分利用雷达发射机的发射功率，设计的信号满足恒模约束或者峰均比(PAR)约束。此外，希望设计的发射信号像某些基准信号(比如线性调频信号)具有良好的模糊函数特性或者脉冲压缩特性，则需对信号加以相似性约束，以保持与基准信号的一定相似度。以恒模与相似性约束，输出信噪比为目标函数，则形成的色高斯环境下雷达发射信号设计问题是一个没有解析解的非确定性多项式问题。文献“A.De Maio,S.De Nicola,Y.Huang,Z.Luo，andS.Zhang，``Design of phase codes for radar performance optimization with asimilarity constraint,”IEEE Trans.Signal Process.,vol.57,no.2,pp.610-621,Feb.2009”利用了半正定松弛(SDR)方法与随机化理论进行求解。然而，该方法具有较大的计算复杂度，优化效率低，实现的SNR有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，为提高加性色高斯噪声下动目标检测性能，以恒模与相似性约束，通过优化SNR，提出了一种具有高效率与高性能的单基地雷达慢时间信号设计方法。实现本发明的思路是，首先建立单基地雷达系统慢时间信号模型，推导目标函数并构造优化问题，最后求解优化问题。

本发明的技术方案是：一种色高斯环境下雷达慢时间发射信号设计方法，其包括如下步骤：

步骤1：建立单基地雷达系统模型；

考虑单基地雷达在一个相关处理间隔CPI内发射N个脉冲，且在接收端对每个脉冲在其相应脉冲重复周期PRT内完成匹配滤波并进行峰值采样，则得到的观测向量为：

x＝αs⊙p(f_d)+v

其中，α是表示目标雷达截面积RCS的参数，s＝[s₁,s₂,...,s_N]^T是N×1维的雷达发射的慢时间信号，s_n是s中的第n个元素，[·]^T表示转置操作符，⊙为Hadamard积；

p(f_d)＝[1,exp(j2πf_d),...,exp(j2πf_d(N-1))]^T为目标频率导向矢量，exp(·)为指数函数，f_d为目标归一化多普勒，v是N×1维的0均值加性色高斯噪声矢量，其协方差矩阵M＝E[vv^H]是一个N×N维的矩阵，其中E[·]表示数学期望；

步骤2：构建优化问题；