[发明专利]非均匀子带宽正交频分复用调频信号波形优化方法

说明书

本发明公开了一种非均匀子带宽正交频分复用调频信号波形优化方法，主要解决现有技术雷达信号检测能力不足，雷达系统的固定的发射波形与当前环境状态失配的问题。其实现方案是：根据杂波、噪声和目标的谱分布信息求解最大信杂噪比准则下的理想波形能量谱密度ε_opt(f)；建立正交频分复用线性调频信号的波形参数与其能量谱密度之间的关系模型；以待优化波形与理想波形能量谱密度之间的最小均方误差为准则建立目标函数；通过对目标函数求解得到最优波形的参数。本发明增大了输出信号的信杂噪比，提升了雷达的目标检测性能，且信号波形具有时宽和带宽乘积值大以及时域峰值平均功率比低的特性，可用于杂波抑制。

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，特别涉及一种非均匀子带宽正交频分复用调频信号波形优化方法，可用于抑制杂波，提升雷达输出信号的信杂噪比。

背景技术

传统雷达目标检测识别性能提升的重要制约在于现有雷达系统的固定的发射波形与当前环境状态失配。由于环境的动态变化，雷达一般很难达到预期的检测效果，而根据当前的环境知识优化发射波形，就会极大提高雷达系统检测性能。杂波是雷达工作环境中的重要干扰因素，因此杂波环境下的波形设计工作极为重要，根据当前杂波知识设计雷达发射波形可从源头上解决在复杂环境变化下雷达检测性能低的问题。

波形设计是指根据雷达任务需求对某种基础波形的参数进行优化，因此基础波形的选择也极为重要。正交频分复用的线性调频信号因具有多种优秀特性而被广泛使用，它不仅具有大时宽带宽积，而且具有峰值平均功率比低和距离-多普勒耦合低的优点，是一种较为理想的基础波形。

王文钦在“MIMO SAR OFDM chirp waveform diversity design with randommatrix modulation,IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,vol.53,no.3,pp.1615-1625,Mar.2015.”中提出一种适用于MIMO SAR的正交频分复用的线性调频信号波形设计方法，其通过随机矩阵对一组基础波形进行调制，得到子带宽和子时宽均匀分布的正交频分复用线性调频信号波形，该波形虽然具有大时宽带宽积，时频域峰值平均功率比低和距离-多普勒耦合性低的优点，但由于其时域自相关函数旁瓣高且频谱平坦分布，因而无法有效抑制杂波。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种非均匀子带宽正交频分复用调频信号波形优化方法，，以增大输出信号的信杂噪比，提升雷达的目标检测性能。

本发明的技术方案是：根据杂波和目标的谱分布信息求解最大信杂噪比准则下的理想波形能量谱密度；建立正交频分复用线性调频信号的波形参数与其能量谱密度之间的关系模型，并以优化波形与理想波形能量谱密度之间的最小均方误差为准则建立目标函数；通过对目标函数求解得到最优波形的参数，其具体实现包括如下：

1)获取最优信杂噪比准则下的理想波形和非均匀分布子带宽的正交频分复用线性调频信号s(t)；

2)根据杂波和目标的谱密度函数算出信杂噪比，计算最优信杂噪比准则下的理想波形的能量谱密度ε_opt(f)；

3)计算非均匀分布子带宽的正交频分复用线性调频信号波形的能量谱密度ε(f)；

4)以2)和3)计算得到能量谱密度的最小均方误差函数为目标函数，并将信号总能量和总带宽作为约束，建立如下优化问题的数学模型；

s.t.max[Δesd_n]≤μ,n＝0,1,...,N-10＜μ≤1

0＜B_n＜B,n＝0,1,...,N-1