[发明专利]一种离散相位的MIMO雷达波形设计方法

说明书

本发明公开了一种离散相位的MIMO雷达波形设计方法，该方法考虑了离散相位的场景，针对基于离散相位的MIMO雷达波形优化问题重新建模，并结合平面几何的基本理论，分析并设定离散相位的星座图，结合恒模约束和相似度约束，讨论该条件下优化变量的可行域，并引入凸包和凸包优化的相关理论，从而更好的解决离散相位的波形设计问题；相比于目前能够求解离散相位优化问题的SDR方法，采用本发明所获得的优化波形具有更高的SINR等性能。

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种离散相位的MIMO(Multiple inputmultiple output，多输入多输出)雷达波形设计方法。

背景技术

MIMO雷达是在MIMO理论、空时域编码理论应用于通信系统并取得了重大突破的启示下被提出来的。此后，MIMO雷达就引起了全球学术界和工业界的高度关注和广泛研究，并在国际会议和权威期刊上涌现出大量高水平的研究成果。

与传统雷达系统一样，MIMO雷达的发射波形对于MIMO雷达系统的性能同样至关重要。因此，如何设计更加优良的发射波形，成为MIMO雷达信号处理的一项关键问题。对于MIMO雷达波形设计，由于其特殊的系统结构和对信号进行集中处理的方式，为方便接收端的匹配滤波器对各通道的回波信号进行分离，通常设计具有正交特性的波形信号集。除此之外，为了提高MIMO雷达在复杂环境中的适应能力，还可以在波形设计时利用特定场景中目标和杂波的先验统计信息，以此来应对环境和目标的动态变化，并进而发展成为MIMO雷达的自适应波形设计技术。

在高斯白噪声的背景下，雷达的目标检测概率与接收机输出的SINR(Signal toInterference plus Noise Ratio，信干噪比)成正比，因此输出SINR是衡量雷达系统性能的重要指标。以最大化输出SINR为优化准则，从而对MIMO雷达发射波形进行设计也成为一个重要的研究方向。在解决这些优化问题时，凸优化仍然是当今学术界的主流。考虑到恒模(Constant Modulus Constraint，CMC)及波形相似度(Similarity Constraint，SC)的约束条件，该优化问题成为一个无法在多项式时间内求解的NP(Non-DeterministicPolynomial)问题。而传统的半正定松弛(Semidefinite Relaxation，SDR)方法由于随机性的限制，导致只能求得局部最优解，并且求解过程往往时间开销巨大。此后，研究人员在研究彩色高斯噪声中带PAPR(Peak to Average Power Ratio，峰值平均功率比)和能量约束的MIMO雷达波形设计问题时，便基于SDR和随机化技术，分别为连续和离散相位两种情形提供了具有多项式时间计算复杂度的高质量次优解。随后，研究人员又考虑了杂波干扰和高斯白噪声同时存在的条件下，针对CMC和SC的MIMO雷达连续相位波形设计，提出了基于SDR的序列优化算法(Sequential Optimization Algorithm，SOA)，通过重复迭代并固定目标函数的策略，从而达到近似非线性目标函数的目的，最后获得了具有较高精度的解。针对该优化问题，此后又有学者开发了一种新的分析方法——序贯QCQP精细化方法(SuccessiveQCQP Refinement，SQR)，即将原非凸的优化问题，转换为一系列的凸QCQP(QuadraticallyConstrained Quadratic Programing)子问题，并迭代求解这些子问题，最终获得的最优波形比SOA算法具有更高的输出SINR和更佳的波速图样。

然而，目前针对该问题所提出的方法，大多数都是基于雷达能够发射任意相位波形的假设。实际工程中由于所使用的数字移相器只能提供量化的离散相位，导致上述波形设计方法在工程应用中不可避免出现相位误差，从而影响接收机输出SINR等性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种离散相位的MIMO雷达波形设计方法，相比于目前能够求解离散相位优化问题的SDR方法，采用本发明方法所获得的优化波形具有更高的信干噪比。

实现本发明的技术方案如下：