[发明专利]用于脉冲压缩雷达系统的波形及滤波器设计方法

说明书

本发明提出一种应用于相位编码的脉冲压缩雷达系统中，用于雷达的波形及滤波器设计方法。技术方案是，联合设计发射波形和接收端的滤波器，使得接收信号的脉冲压缩积分旁瓣水平最低。其中创新点为，在发射波形恒模和脉冲压缩主瓣峰值损耗约束下，对雷达脉冲压缩积分旁瓣水平进行抑制；在计算最优的发射波形和接收端的滤波器时，利用目标函数和约束条件通过两层循环过程依次更新接收端滤波器和发射波形。本发明提高了雷达低脉冲压缩旁瓣设计问题的自由度；降低脉冲压缩雷达脉冲压缩旁瓣水平；得到给定滤波器情况下的最优发射波形。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及一种用于目标探测的雷达波形及滤波器设计方法。

背景技术

脉冲压缩雷达系统通过发射一种大时间带宽积信号提高雷达作用距离，而在接收端通过脉冲压缩提高雷达的距离分辨率，有效地解决了雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾^[1]，在目标探测和成像领域得到广泛应用。

脉冲压缩雷达系统中，脉冲压缩性能通常用脉冲压缩的旁瓣水平、主瓣峰值损耗和主瓣宽度等来衡量，是影响系统性能的关键^[2]。脉冲压缩性能对雷达系统性能的影响主要包括：一方面，峰值旁瓣会影响弱目标检测和成像，高峰值旁瓣水平会导致强散射目标的旁瓣对弱散射目标形成遮掩；另一方面，积分旁瓣会影响成像性能，高积分旁瓣水平会降低对分布式目标的成像和探测能力。

脉冲压缩雷达系统按照发射信号的调制方式进行分类，包括线性调频的脉冲压缩雷达系统、线性调频的脉冲压缩雷达系统和相位编码的脉冲压缩雷达系统。在相位编码的脉冲压缩雷达系统中，为提高雷达脉冲压缩性能，通过抑制脉冲压缩旁瓣水平来实现。现有方法中，主要通过波形设计或者滤波器设计两类方法实现脉冲压缩旁瓣抑制。如波形设计方法通过对发射波形的频率或者相位进行编码设计，以降低发射信号自相关函数的积分旁瓣水平，例如，巴克码^[3]、Frank序列^[3]、Golomb序列^[3]、CAN序列^[4]和MM序列^[5,6]。如滤波器设计方法通过对接收端的滤波器进行优化设计，以降低接收信号的非匹配滤波脉冲压缩旁瓣水平，这种方法参见文献^[7]。上述两类方法仅仅孤立地考虑了发射端波形设计或者接收端滤波器设计，而没有考虑两者之间的相互影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提高雷达脉冲压缩性能，基于发射波形和接收端滤波器联合设计、同时优化的思路，提出一种新的用于脉冲压缩雷达的波形及滤波器设计方法，使得雷达发射波形经过接收端滤波器后能够更好地抑制脉冲压缩旁瓣水平。

本发明的技术方案是，一种用于脉冲压缩雷达的波形及滤波器设计方法，应用于相位编码的脉冲压缩雷达系统中，其特征在于，联合设计发射波形和接收端的滤波器，使得接收信号的脉冲压缩积分旁瓣水平最低。

进一步地，在发射波形恒模和脉冲压缩主瓣峰值损耗约束下，对雷达脉冲压缩积分旁瓣水平进行抑制。其中脉冲压缩主瓣峰值损耗可通过下式计算：

10lg((h^Hx)(h^Hx)/(h^Hh)(x^Hx)) (1)

因此，通过约束脉冲压缩峰值和调整接收端滤波器能量可以对恒模发射波形的理想脉冲压缩主瓣峰值损耗进行控制。

进一步地，采用下述目标函数和约束条件计算最优的发射波形和接收端的滤波器h，其中计算最优的发射波形即确定雷达发射信号x：