基于接收波束形成的集中式mimo雷達波形設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于接收波束形成的集中式MIMO雷達波形設(shè)計方法，主要解決現(xiàn)有方法不能降低集中式MIMO雷達接收回波距離旁瓣和角度旁瓣的問題。其實現(xiàn)過程是：（1）根據(jù)實際雷達系統(tǒng)和需要，確定集中式MIMO雷達的天線個數(shù)和波形個數(shù)以及碼元長度；（2）根據(jù)雷達探測需求，確定探測角度和抑制角度，并將其歸一化；（3）根據(jù)探測角度，確定期望發(fā)射方向圖；（4）根據(jù)以上過程得到的參數(shù)，構(gòu)建MIMO雷達波形優(yōu)化的目標函數(shù)和約束條件；（5）根據(jù)構(gòu)建的目標函數(shù)和約束條件，使用優(yōu)化算法求解得到MIMO雷達波形。本發(fā)明具有能夠降低集中式MIMO雷達接收回波距離旁瓣和角度旁瓣的優(yōu)點，可用于集中式MIMO雷達波形設(shè)計。
【專利說明】基于接收波束形成的集中式MIMO雷達波形設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種MIMO雷達波形設(shè)計方法，用于降低集中式MIMO雷達接收回波的距離旁瓣和角度旁瓣，逼近期望的發(fā)射方向圖。
【背景技術(shù)】
[0002]MMO雷達是一種新興的有源探測技術(shù)，現(xiàn)已成為雷達【技術(shù)領(lǐng)域】的一個研究熱點。根據(jù)發(fā)射天線和接收天線的間距大小，可以將MMO雷達分為分布式MMO雷達和集中式MMO雷達兩類。對于集中式MMO雷達，其特點是收發(fā)天線或陣元間距較小。與相控陣雷達相比，集中式MMO雷達具有自由地設(shè)計每個陣元發(fā)射信號波形的能力，從而具有對空間目標更高的分辨率，對低速運動目標更好的靈敏度和對一般目標更佳的參數(shù)辨別能力。此外，集中式MIMO雷達可以更加靈活地設(shè)計發(fā)射方向圖，從而使得雷達系統(tǒng)的工作模式非常靈活，而發(fā)射方向圖的設(shè)計也是通過波形設(shè)計實現(xiàn)的。因此，研究集中式MIMO雷達的波形設(shè)計，具有重要的意義。
[0003]目前，對于集中式MMO雷達波形設(shè)計的研究，主要集中于發(fā)射方向圖的設(shè)計，SP設(shè)計一組MIMO雷達波形以逼近期望的發(fā)射方向圖。例如，首先根據(jù)期望的發(fā)射方向圖，使用凸優(yōu)化方法、矩陣分解方法或者半正定二次規(guī)劃方法求得MMO雷達波形的協(xié)方差矩陣，然后根據(jù)協(xié)方差矩陣使用循環(huán)算法等方法設(shè)計得到MMO雷達波形；或者使用線性規(guī)劃的方法根據(jù)期望的發(fā)射方向圖直接設(shè)計得到MIMO雷達波形。但是以上方法，只考慮了逼近期望的發(fā)射方向圖這一個因素，實際中，不但要求設(shè)計得到的MIMO雷達波形具有期望的發(fā)射方向圖，而 且要求設(shè)計得到的MMO雷達波形能夠降低集中式MMO雷達接收回波的距離旁瓣和角度旁瓣。因此，現(xiàn)有方法設(shè)計得到的MMO雷達波形導(dǎo)致集中式MMO雷達接收回波具有過高的距離旁瓣和角度旁瓣，降低了集中式MMO雷達的探測性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述已有方法的缺點，提出一種基于接收波束形成的集中式MMO雷達波形設(shè)計方法，以降低集中式MMO雷達接收回波的距離旁瓣和角度旁瓣，提高集中式MMO雷達的探測性能。
[0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)思路是:根據(jù)最小化集中式MMO雷達接收回波的距離旁瓣和角度旁瓣以及逼近期望的發(fā)射方向圖這兩個準則，以MIMO雷達波形為優(yōu)化變量，使用優(yōu)化算法求解得到MIMO雷達波形，其具體實現(xiàn)步驟包括如下:
[0006]I)根據(jù)實際的集中式MMO雷達系統(tǒng)，確定集中式MMO雷達的發(fā)射天線個數(shù)Nt和接收天線個數(shù)隊，MIMO雷達波形的個數(shù)等于集中式MIMO雷達的發(fā)射天線個數(shù)Nt，根據(jù)實際需要，確定MMO雷達波形的碼元長度Ns ；
[0007]2)根據(jù)集中式MMO雷達實際的探測需要，確定Ne個探測角度Θ m，m =1，2，…，Ne，以及N' e個抑制角度θ ' n，n=l，2，…，N' e，進而得到Ne個歸一化的探測角頻率乙=0.5sin(0m)和N' e個歸一化的抑制角頻率f' n = 0.5sin(0' n)，其中，m = I, 2,..., N0, η = I, 2，...，N' θ ；
[0008]3)根據(jù)Ne個探測角度θπ，確定期望發(fā)射方向圖Bp，該發(fā)射方向圖Bp是一個Nb維的向量；
[0009]4)構(gòu)建MMO雷達波形優(yōu)化的目標函數(shù)和約束條件:
[0010]4a)給定一個MMO雷達波形矩陣S，根據(jù)發(fā)射天線個數(shù)Nt、接收天線個數(shù)H個探測角頻率、N' θ個抑制角頻率、MIMO雷達波形的個數(shù)Nt、碼元長度Ns和期望發(fā)射方向圖Bp,得到集中式MMO雷達接收回波距離旁瓣和角度旁瓣的最大值D和MMO雷達波形矩陣S的發(fā)射方向圖與期望發(fā)射方向圖的最大差值C:
[0011]
【權(quán)利要求】
1.一種基于接收波束形成的集中式MIMO雷達波形設(shè)計方法，包括如下步驟: 1)根據(jù)實際的集中式MMO雷達系統(tǒng)，確定集中式MMO雷達的發(fā)射天線個數(shù)Nt和接收天線個數(shù)隊，MIMO雷達波形的個數(shù)等于集中式MIMO雷達的發(fā)射天線個數(shù)Nt，根據(jù)實際需要，確定MMO雷達波形的碼元長度Ns ； 2)根據(jù)集中式MMO雷達實際的探測需要，確定Ne個探測角度0m，m=l，2，...，Ne，以及N' e個抑制角度θ ' n，n = l，2，…，N' e，進而得到Ne個歸一化的探測角頻率乙=0.5sin(0m)和N' e 個歸一化的抑制角頻率f' n = 0.5sin(0' n)，其中，m = 1，2，…，Ne，η = 1，2，…，N' e ； 3)根據(jù)Ne個探測角度θπ，確定期望發(fā)射方向圖1，該發(fā)射方向圖1是一個Nb維的向量; 4)構(gòu)建MIMO雷達波形優(yōu)化的目標函數(shù)和約束條件: 4a)給定一個MIMO雷達波形矩陣S，根據(jù)發(fā)射天線個數(shù)Nt、接收天線個數(shù)隊、Ne個探測角頻率、N' θ個抑制角頻率、MIMO雷達波形的個數(shù)Nt、碼元長度Ns和期望發(fā)射方向圖Bp，得到集中式MMO雷達接收回波距離旁瓣和角度旁瓣的最大值D和MMO雷達波形矩陣S的發(fā)射方向圖與期望發(fā)射方向圖的最大差值C:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于接收波束形成的集中式MIMO雷達波形設(shè)計方法，其中步驟3)所述的根據(jù)Ne個探測角度em，m= 1，2，…，Ne，確定期望發(fā)射方向圖1，按如下步驟進行: .3a)根據(jù)計算量和發(fā)射方向圖的逼近效果兩個因素，先確定期望發(fā)射方向圖Bp的維數(shù)Nb，維數(shù)Nb的取值大于探測角度個數(shù)Ne，再將角度區(qū)間[-90°，90° ]均勻地離散化，得到Nb個離散角度馬和離散角頻率
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于接收波束形成的集中式MIMO雷達波形設(shè)計方法，其中所述步驟4a)中的接收波束形成導(dǎo)向向量\ (fm)、發(fā)射波束形成導(dǎo)向向量at(fm)、滑動矩陣Jk和矩陣A，其表達式分別如下:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于接收波束形成的集中式MIMO雷達波形設(shè)計方法，其中步驟5)所述的使用優(yōu)化算法編程求解，得到最終的MIMO雷達波形矩陣g，其步驟如下: .5a)確定循環(huán)次數(shù)N，設(shè)置最小代價函數(shù)值Fmin為無窮大，設(shè)置一個臨時矩陣T，并設(shè)置臨時矩陣T內(nèi)的所有元素全部為O ;.5b)初始化波形相位矩陣P和權(quán)系數(shù)變量Y，即先為相位矩陣P中的每個元素設(shè)置一個隨機值，隨機值的取值范圍為O~2 π，再為權(quán)系數(shù)變量Y設(shè)置一個隨機值，隨機值的取值范圍為O~I ; .5c)將初始化相位矩陣P和權(quán)系數(shù)變量Y代入步驟4)中的目標函數(shù)，根據(jù)約束條件，調(diào)用優(yōu)化算法搜索使目標函數(shù)值最小的相位矩陣P和權(quán)系數(shù)變量Y，得到本次循環(huán)的優(yōu)化結(jié)果，即優(yōu)化后的相位矩陣P,； .5d)比較本次優(yōu)化結(jié)果的目標函數(shù)值與最小代價函數(shù)值Fmin的大小，如果本次優(yōu)化結(jié)果的目標函數(shù)值小于最小代價函數(shù)值Fmin，則清空臨時矩陣T，保存本次優(yōu)化結(jié)果，即臨時矩陣T = P'，并且使最小代價函數(shù)值Fmin等于當前優(yōu)化結(jié)果的目標函數(shù)值；否則，忽略本次優(yōu)化結(jié)果； .5e)返回步驟5b)直到循環(huán)N次后結(jié)束，得到最終的相位矩陣f = T，進而得到最終的MIMO雷達波形矩陣= cx P(外·
【文檔編號】G01S7/02GK103852751SQ201410116497
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】劉宏偉, 周生華, 臧會凱, 糾博, 王旭 申請人:西安電子科技大學