專利名稱：基于目標(biāo)認(rèn)知和發(fā)射功率分配的波形優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，涉及波形優(yōu)化方法，可用于針對(duì)目標(biāo)認(rèn)知的波形優(yōu)化和發(fā)射功率分配。
背景技術(shù)：
隨著高科技武器信息化和智能化程度的不斷提高，現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)雷達(dá)的要求也越來越高?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)要求雷達(dá)有更遠(yuǎn)的探測(cè)距離、更高的跟蹤精度、更準(zhǔn)的目標(biāo)識(shí)別能力、更強(qiáng)的抗干擾能力、更快的反應(yīng)速度?，F(xiàn)代雷達(dá)不僅要面對(duì)傳統(tǒng)“四抗”問題，即抗反輻射導(dǎo)彈、反隱身、反低空突防和抗電子干擾，還要具有融合多種工作模式，處理多目標(biāo)、多任務(wù)的綜合能力。因此，現(xiàn)代雷達(dá)需要以智能、穩(wěn)健、高效的工作模式和信息處理方式應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。“智能化”是現(xiàn)代雷達(dá)發(fā)展的一個(gè)重要方向。作為一種傳感器，雷達(dá)獲取信息的過程是與環(huán)境、目標(biāo)相互作用的過程。在復(fù)雜多變的條件下，固定的工作模式和不變的發(fā)射波形很難取得令人滿意的性能，這是傳統(tǒng)雷達(dá)的不足，也是雷達(dá)進(jìn)一步發(fā)展所必須解決的問題。在總體能量、時(shí)間、頻譜等資源有限的情況下，如何根據(jù)目標(biāo)和環(huán)境變化合理分配和有效利用這些資源是下一步雷達(dá)發(fā)展必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。2006年加拿大McMaster大學(xué)的Simon Haykin教授提出了認(rèn)知雷達(dá)(CognitiveRadar)的概念，見[S. Haykin, "Cognitive radar :A way of the future,，，IEEE SignalProcessing Magazine, vol. 23，no. 1，pp. 30-40，2006]。認(rèn)知雷達(dá)作為一種可以根據(jù)目標(biāo)和外部環(huán)境特性智能地選擇發(fā)射信號(hào)、工作方式和資源分配的“智能化”雷達(dá)，一經(jīng)提出便受到了廣泛的關(guān)注，被認(rèn)為是未來雷達(dá)發(fā)展的重要方向。與傳統(tǒng)雷達(dá)相比，認(rèn)知雷達(dá)具有三個(gè)重要的特征1、通過對(duì)目標(biāo)和環(huán)境特性的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)智能信號(hào)處理；2、將回波中包含的信息反饋到發(fā)射機(jī)，形成閉環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)目標(biāo)和環(huán)境特性自適應(yīng)選擇發(fā)射波形，改善雷達(dá)的性能；3、保留回波中所包含的信息，并將其用在后續(xù)回波的處理中。從這三個(gè)特征可以看出，認(rèn)知雷達(dá)改變了傳統(tǒng)自適應(yīng)雷達(dá)單向的信息處理方式，實(shí)現(xiàn)了從接收到發(fā)射的閉環(huán)處理，是一個(gè)智能化系統(tǒng)?？梢酝ㄟ^對(duì)環(huán)境的認(rèn)知主動(dòng)調(diào)整發(fā)射波形和工作方式，充分利用各種信息進(jìn)行智能化處理，并在日益復(fù)雜的環(huán)境下最大限度地發(fā)揮各種資源的效能。自然界中蝙蝠等生物對(duì)目標(biāo)的探測(cè)和跟蹤過程就符合這樣一個(gè)“智能化”閉環(huán)信息獲取過程。某種意義下，認(rèn)知雷達(dá)是對(duì)蝙蝠等生物探測(cè)系統(tǒng)的再認(rèn)識(shí)，是更高層次上的仿生研究。從一個(gè)側(cè)面反映出認(rèn)知雷達(dá)是一個(gè)充滿希望的發(fā)展方向，是信號(hào)處理領(lǐng)域的一個(gè)重要基礎(chǔ)研究課題。目前，認(rèn)知雷達(dá)方面的研究在國際上受到越來越多的重視，該方面的研究和論文也越來越多。但尚沒有文獻(xiàn)對(duì)認(rèn)知雷達(dá)中的目標(biāo)環(huán)境特性學(xué)習(xí)、自適應(yīng)發(fā)射波形優(yōu)化、系統(tǒng)資源管理等一系列關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的深入的研究和分析，更多的是關(guān)于其中某項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。由于發(fā)射信號(hào)選擇對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的重要性，自適應(yīng)發(fā)射波形優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)作為認(rèn)知雷達(dá)智能化的重要組成部分受到了尤為廣泛的關(guān)注。
隨著電子對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)的工作環(huán)境越來越復(fù)雜，良好的抗電磁干擾、抗雜波性能就顯得越來越重要。相對(duì)于窄帶雷達(dá)，寬帶雷達(dá)在抗干擾、抗雜波方面擁有先天的優(yōu)勢(shì)，見[Y. D. Shirman, S. P. Leshchenko, V. M. Orlenko, "Advantages and Problems ofWideband Radar，”Radar conference 2003，pp :15_21，2003]，同時(shí)能夠提供更加豐富的目標(biāo)信息、更高的探測(cè)精度和更好的識(shí)別性能。作為寬帶雷達(dá)和認(rèn)知雷達(dá)的有機(jī)結(jié)合，寬帶認(rèn)知雷達(dá)可以發(fā)揮認(rèn)知雷達(dá)和寬帶雷達(dá)各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)寬帶雷達(dá)在發(fā)射波形設(shè)計(jì)方面的高自由度還將給認(rèn)知雷達(dá)性能的提升留有更大的空間，而認(rèn)知雷達(dá)智能化的工作方式也將更好地發(fā)揮寬帶雷達(dá)在抗電磁干擾、抗雜波方面的優(yōu)越性?？梢哉f，寬帶認(rèn)知雷達(dá)可以更好的發(fā)揮兩者的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，更加充分地挖掘雷達(dá)系統(tǒng)的潛力，提高雷達(dá)系統(tǒng)的性能。雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)是通過對(duì)目標(biāo)和環(huán)境反射的電磁波進(jìn)行處理來實(shí)現(xiàn)的。能否選擇合適的發(fā)射信號(hào)不僅對(duì)系統(tǒng)的性能有很大的影響，還將影響到系統(tǒng)算法的選擇和運(yùn)算復(fù)雜度，是雷達(dá)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵。對(duì)于認(rèn)知雷達(dá)來說，發(fā)射信號(hào)的選擇不僅會(huì)影響到系統(tǒng)的性能，還將影響對(duì)系統(tǒng)資源在時(shí)域、頻域、空域等方面的分配和系統(tǒng)在線學(xué)習(xí)的性能。因此，根據(jù)目標(biāo)和環(huán)境信息自適應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)發(fā)射波形是認(rèn)知雷達(dá)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，它對(duì)于系統(tǒng)資源的優(yōu)化配置和性能的提高起著至關(guān)重要的作用，是認(rèn)知雷達(dá)實(shí)現(xiàn)智能化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是認(rèn)知雷達(dá)系統(tǒng)中一個(gè)需要重點(diǎn)研究的緊迫問題。對(duì)于寬帶認(rèn)知雷達(dá)來說，針對(duì)目標(biāo)檢測(cè)、跟蹤和識(shí)別的波形優(yōu)化是以先驗(yàn)信息為基礎(chǔ)的。通常，目標(biāo)和環(huán)境的特性可能一直處于變化之中，為了保證系統(tǒng)的性能，必須及時(shí)更新系統(tǒng)的先驗(yàn)信息。由于發(fā)射波形對(duì)先驗(yàn)信息的獲取有著至關(guān)重要的影響，因此先驗(yàn)信息的獲取是認(rèn)知雷達(dá)波形優(yōu)化需要考慮且必須首先考慮的問題?，F(xiàn)有波形優(yōu)化算法并沒有考慮到認(rèn)知雷達(dá)的先驗(yàn)信息的獲取和更新問題，優(yōu)化波形并未將能量分布在寬帶雷達(dá)的全部帶寬，而是分布在部分頻段，這使得系統(tǒng)喪失在全帶寬內(nèi)對(duì)目標(biāo)和環(huán)境特性的學(xué)習(xí)能力。因此，這些算法很難直接應(yīng)用在寬帶認(rèn)知雷達(dá)系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種基于目標(biāo)認(rèn)知和發(fā)射功率分配的波形優(yōu)化方法，以在寬帶雷達(dá)的全部帶寬內(nèi)，利用目標(biāo)的先驗(yàn)信息針對(duì)目標(biāo)認(rèn)知進(jìn)行波形優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射功率的合理分配。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括以下步驟(1)構(gòu)建寬帶認(rèn)知雷達(dá)波形優(yōu)化設(shè)計(jì)的信號(hào)模型Pr(Cok) = Gt(cok)Pf(cok)+Gx(cok)k = 1，2，...，N其中(ix( k)=Gc(Wk) AhkHGnhk),式中 Pr(Co)分別為接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的功率譜密度，Gt(co)、G。(《)和Gn(co)分別為目標(biāo)、雜波和噪聲的功率譜密度，N為采樣點(diǎn)數(shù)；(2)根據(jù)步驟(1)的信號(hào)模型，利用單次回波估計(jì)目標(biāo)的功率譜密度(3)計(jì)算發(fā)射信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)所需的發(fā)射功率
權(quán)利要求
1. 一種基于目標(biāo)認(rèn)知和發(fā)射功率分配的波形優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)構(gòu)建寬帶認(rèn)知雷達(dá)波形優(yōu)化設(shè)計(jì)的信號(hào)模型 Pr(Cok) = Gt(Ok)Pf(Qk) +Gx(ok) k = 1,2, · · ·，N其中Gx(Cok) =Gc(Cok) '^(cOkHGnhk),式中Pr(O)和Pf(CO)分別為接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的功率譜密度，Gt( )、G。(co)和Gn(co)分別為目標(biāo)、雜波和噪聲的功率譜密度，N為采樣點(diǎn)數(shù)；(2)根據(jù)步驟(1)的信號(hào)模型，利用單次回波估計(jì)目標(biāo)的功率譜密度ら(動(dòng)；(3)計(jì)算發(fā)射信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)所需的發(fā)射功率 E
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于目標(biāo)認(rèn)知和發(fā)射功率分配的波形優(yōu)化方法，其中步驟 (6)所述的修正λ得到最優(yōu)的發(fā)射波形的功率譜密度Pf(co)的方法，按如下步驟進(jìn)行(2a)令
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于目標(biāo)認(rèn)知和發(fā)射功率分配的波形優(yōu)化方法，其中步驟 (8)所述的對(duì)發(fā)射功率Eot進(jìn)行修正的方法，按如下步驟進(jìn)行(3a)令迭代次數(shù)j = 0，設(shè)置發(fā)射功率最小值^lin = 0，發(fā)射功率最大值Emax = Elfm,和誤差精度Ψ，Ψ > O ；F + E(3b)令 j = i+l,E} =^^；(3c)在步驟(3b)給出的發(fā)射功率も的約束條件下，利用步驟(6)優(yōu)化發(fā)射信號(hào)的功率譜密度Pq( ，Aj.)；(3d)根據(jù)步驟(3c)得到的優(yōu)化發(fā)射信號(hào)的功率譜密度Ρ^(ω，λρ，估計(jì)目標(biāo)的功率譜密度( (動(dòng)，并計(jì)算其與已知目標(biāo)功率譜密度的真實(shí)值Gt(Co)的相關(guān)系數(shù)NΣい人ωハGtiaハ ρ = __π_，其中N為采樣點(diǎn)數(shù)；.1 IlGi HIf(3e)判斷步驟(3d)得到的相關(guān)系數(shù)P j是否滿足精度要求如果!^^くツ，終止并輸出も和Pq (ω，λ P，其中P ^為滿足系統(tǒng)估計(jì)精度要求所 Po對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)，由用戶設(shè)定，P ^ > O ；Pj - P0如果~^>グ，令Emax = ^;如果< ~Ψ，令Efflin = Ej,轉(zhuǎn)至步驟(3b)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于目標(biāo)認(rèn)知和發(fā)射功率分配的波形優(yōu)化方法，主要解決現(xiàn)有波形優(yōu)化算法不適用于寬帶雷達(dá)的問題，其實(shí)現(xiàn)步驟是(1)構(gòu)建寬帶認(rèn)知雷達(dá)波形優(yōu)化的信號(hào)模型；(2)利用單次回波估計(jì)目標(biāo)的功率譜密度；(3)計(jì)算發(fā)射信號(hào)為線性調(diào)頻信號(hào)時(shí)的發(fā)射功率，將其作為發(fā)射功率約束的初值；(4)構(gòu)造代價(jià)函數(shù)；(5)求解代價(jià)函數(shù)；(6)優(yōu)化設(shè)定發(fā)射功率所對(duì)應(yīng)的發(fā)射波形的功率譜密度；(7)計(jì)算優(yōu)化波形所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)功率譜密度的估計(jì)值與真實(shí)值的相關(guān)系數(shù)；(8)根據(jù)相關(guān)系數(shù)是否滿足要求判斷，并輸出發(fā)射功率和發(fā)射波形的功率譜密度。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)寬帶認(rèn)知雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射波形優(yōu)化和功率分配，提高系統(tǒng)的效率和整體性能。
文檔編號(hào)G01S7/41GK102565762SQ20121001101
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月14日
發(fā)明者劉宏偉, 周生華, 楊虎軍, 糾博, 蘇濤, 靳標(biāo) 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)