[发明专利]一种基于模式搜索算法的多波形相位编码方法

摘要

本专利公开了一种基于模式搜索算法的多波形相位编码方法，属于雷达技术领域，特别涉及雷达波形编码方法。该编码方法获得的多波形的自相关和互相关函数在指定的延时区间有低旁瓣水平，解决了现有技术计算量大的问题。其实现过程为1.构造多维优化问题的目标函数；2.对目标函数进行化简，用模式搜索算法求解化简的目标函数；3.经过多次迭代，直到系统不再接受任何相位改变时即获得了满足相关特性需求的波形设计。该发明与Weighted Cyclic Algorithm New,WeCAN方法相比，收敛速度快，计算量小,可有效设计出指定的延时区间上具有更低的自相关和互相关旁瓣的相位编码多波形。

主权项

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,…,φM]，其中φm,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：sm(n)=1Nejφm(n),n=1,2,...N,m=1,2,...M]]>其中φm(n)是第m个信号的第n个子脉冲的相位,且‑π＜φm(n)≤π；对相位矩阵Φ初始化为符合独立高斯分布的随机变量；sm,m＝1,…,M的自相关旁瓣向量为rm(k),k＝‑(N‑1),…N‑1，对应的自相关函数旁瓣加权wk,k＝1,…,N‑1；sm,m＝1,…,M与sl,l＝1,…,M,m≠l的互相关函数为rml(k),k＝‑(N‑1),…N‑1，对应的互相关函数旁瓣加权vk,k＝‑(N‑1),…,N‑1；加权系数wk,k＝1,…,N‑1和vk,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J=Σm=1MΣk=1N-1wkrm(k)+Σm=1MΣl=m+1MΣk=-(N-1)N-1vkrml(k)]]>2.2、化简代价函数当改变sm的第n个相位，使其有相位增量Δφ时，则目标函数中只有sm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Jm,n＝γ0+γ1cosΔφ+γ2sinΔφ+γ3cos2Δφ+γ4sin2Δφ其中γ0=α0+Σl=1Mβ0lγ1=α1+Σl=1Mβ1lγ2=α2+Σl=1Mβ2lγ3=λα3γ4=λα4]]>αj=Σk=1N-1wkaj(k),j=0,1,2,3,4]]>βjl=Σk=-N+1N-1wkbj(k),j=0,1,2]]>a0(k)=|gm,n(k)|2+|qr,m,n(k)|2+|qc,m,n(k)|2a1(k)=2[Re{gm,n(k)}(Re{qr,m,n(k)}+Re{qc,m,n(k)})+Im{gm,n(k)}(Im{qr,m,n(k)}+Im{qc,m,n(k)})]a2(k)=2[Im{gm,n(k)}(Re{qr,m,n(k)}-Re{qc,m,n(k)})-Im{gm,n(k)}(Im{qr,m,n(k)}-Im{qc,m,n(k)})]a3(k)=2(Re{qr,m,n(k)}Re{qc,m,n(k)}+Im{qr,m,n(k)}Im{qc,m,n(k)})a4(k)=2(-Im{qr,m,n(k)}Re{qc,m,n(k)}+Re{qr,m,n(k)}Im{qc,m,n(k)})]]>其中Re{·}表示取实部，Im{·}表示取虚部；b0(k)=|hml,n(k)|2+|qml,n(k+N)|2b1(k)=2[Re{hml,n(k)}Re{qml,n(k+N)}+Im{hml,n(k)}Im{qml,n(k+N)}]b2(k)=2[Im{hml,n(k)}Re{qml,n(k+N)}-Re{hml,n(k)}Im{qml,n(k+N)}]]]>其中向量qr,m,n,qc,m,n是两个与第n行和第n列元素有关的(N‑1)×1向量qr,m,n=sm(n)[sm*(n-1),sm*(n-2),...,sm*(1),0...0N-n]T]]>qc,m,n=sm*(n)[sm(n+1),sm(n+2),...,sm(N),0...0n-1]T]]>gm,n(k)＝rm(k)‑qr,m,n(k)‑qc,m,n(k)且k＝1,…N‑1；qml,n是一个与的第n行元素有关的(2N‑1)×1向量qml,n=sm(n)[0...0n-1,sl*(N),sl*(N-1),...,sl*(1),0...0N-n]T]]>hml,n(k)＝rml(k)‑qml,n(k+N)2.3：模式搜索法计算最优解对Φ中的每个相位φm(n),m＝1,…,M；n＝1,…,N，设其相位增量为Δφ，求出目标函数Jm,n，求解出使目标函数最小的Δφ*；更新相位，即用φm(n)+Δφ*代替原来的相位φm(n)；2.4：重复步骤2.2、2.3，直到满足停止准则为止；停止准则可以为迭代次数或前后两次迭代优化变量的变化||Φ'‑Φ||＜ε，ε为常数。