一種數(shù)字域正交離散頻率編碼信號的設計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達通信技術領域，尤其涉及一種數(shù)字域正交離散頻率編碼信號的設 計方法，該數(shù)字域正交離散頻率編碼信號可作為Μ頂0雷達的發(fā)射信號。
【背景技術】
[0002] ΜΜ0雷達為了避免通道之間相互干擾，從而獲得較大的空間分集增益，要求各發(fā) 射信號相互正交（見文獻:Fishier Ε,Haimovich A,Blum R S，et al .ΜΙΜΟ Radar:An idea whose time has come[C]//IEEE Int.Conf.Radar.Philadelphia，P A,2004:71-78.)〇正 交離散頻率編碼波形(ODFCW)可以作為一種典型的MMO雷達正交發(fā)射波形。離散頻率編碼 波形(DFCW)是一種大時寬帶寬信號，具有良好距離分辨性能和較窄瞬時帶寬等優(yōu)點，廣泛 應用于寬帶雷達系統(tǒng)。
[0003] 正交離散頻率編碼波形設計就是優(yōu)化頻率編碼的順序來獲得低自相關旁瓣和低 互相關峰值，是一種典型的組合優(yōu)化問題?，F(xiàn)有設計方法大多直接基于離散頻率編碼波形 組自相關旁瓣和互相關的能量或峰值加權(quán)和的整體最優(yōu)化設計思想，例如，有用模擬退火 算法或遺傳算法等現(xiàn)代智能算法進行優(yōu)化搜索，得到比較理想的0 D F C W (見文獻：D e n g Hai.Discrete Frequency-Coding Waveform Design for Netted Radar Systems[J] .IEEE Signal Processing Letters,2004,11(2):179-182. Liu Bo,Liu Bo,He Zishu.Orthogonal Discrete Frequency-Coding Waveform design for ΜΙΜ0 radar[J] .Journal of Electronics(China),2008,25(4):471-476.)〇
[0004] 但上述方法的設計原理復雜，設計效率較低，存在全局優(yōu)化能力不強等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字域正交離散頻率編碼信號 的設計方法，能夠使數(shù)字域正交離散頻率編碼波形設計原理簡單，并提高設計效率和全局 優(yōu)化能力，得到一種性能良好的數(shù)字域正交離散頻率編碼波形。
[0006] 0DFCW雖頻率離散，但其本身在時域連續(xù)。實際應用中，雷達系統(tǒng)發(fā)射端一般發(fā)射 時域連續(xù)波形，而接收端往往要對回波進行A/D變換(數(shù)字采樣），得到數(shù)字波形，即數(shù)字域 的0DFCW，以便后續(xù)進行數(shù)據(jù)處理。數(shù)字域的0DFCW是通過對普通0DFCW采樣得到，所以，直接 設計數(shù)字域的0DFCW更切合實際應用，且設計時同0DFCW-樣等效優(yōu)化頻率編碼順序。
[0007] 基于上述思想，本發(fā)明實現(xiàn)的技術思路為：給定初始DFCW，并離散化為數(shù)字域 DFCW，建立頻率編碼預測模型，先通過該模型得到具有低自相關性的數(shù)字域DFCW集，再從中 選取具有最低平均互相關峰值的數(shù)字域DFCW，得到一組優(yōu)化后的頻率編碼組合，即設計出 具有良好性能的數(shù)字域正交離散頻率編碼波形。
[0008] 為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案予以實現(xiàn)。
[0009] -種數(shù)字域正交離散頻率編碼信號的設計方法，所述數(shù)字域正交離散頻率編碼信 號為ΜΜ0雷達的發(fā)射信號，所述設計方法包括如下步驟：
[0010]步驟1，確定數(shù)字域離散頻率編碼信號的子脈沖個數(shù)N、子脈沖持續(xù)時間T，以及采 樣速率Fs，N為自然數(shù)；
[0011]步驟2,產(chǎn)生Μ個數(shù)字域離散頻率編碼信號，構(gòu)成信號集{S1m(k)，m=l，2,…，M}，每 個數(shù)字域離散頻率編碼信號具有低自相關旁瓣能量，且每個數(shù)字域離散頻率編碼信號中的 子脈沖的編碼頻率互不相同，其中，Μ為自然數(shù)；
[0012] 步驟3,從所述Μ個數(shù)字域離散頻率編碼信號中選取L個具有較低歸一化互相關峰 值加權(quán)和的數(shù)字域離散頻率編碼信號，其中，L為自然數(shù)，且L〈M;
[0013] 步驟4,從L個具有較低歸一化互相關峰值加權(quán)和的數(shù)字域離散頻率編碼信號中提 取頻率編碼矩陣
，所述頻率編碼矩陣的維數(shù)為LXN，所述頻率編碼矩陣F 的L行分別對應L路數(shù)字域正交離散頻率編碼信號的頻率，從而根據(jù)所述L路數(shù)字域正交離 散頻率編碼信號的頻率得到所述數(shù)字域正交離散頻率編碼信號。
[0014] 本發(fā)明的特點和進一步的改進為：
[0015] (1)步驟1具體包括：
[0016] (1)設每個離散頻率編碼信號的子脈沖的持續(xù)時間為T，則第1個離散頻率編碼信 號的數(shù)學表達式為：
[0018] 式中rect(t-nT)為離散頻率編碼信號的矩形包絡，具體為：
[0019]
,其中，表示第1個離散頻率編 碼信號中第η個子脈沖的編碼頻率；
[0020] (2)對離散頻率編碼信號S1(t)進行升采樣，離散化得到S1(k)，設采樣速率Fs = K· Af，K為升采樣倍數(shù)，則離散頻率編碼信號的每個子脈沖的采樣數(shù)據(jù)個數(shù)為T · Fs = l/A f · KAf=K，則有
[0022]由于ej2ltn=l，n為整數(shù)，則ej24/ir= ei2?/io，其中，rem()代表取余操作，所以S1 (k)還表示為
[0024] S1(k)看作一個碼長為KN的多相碼序列，稱為數(shù)字域離散頻率編碼信號。
[0025] (2)步驟2具體包括如下子步驟：
[0026] (2a)隨機給定一個初始長度為no的離散頻率編碼序列5,,。
[0027] 其中，力丨…U.且ρ關q時 bp關bq，p，q = 1，2, ...110,11= {0，1，2,…，Ν-1}，η〇的 取值滿足3 < n〇〈N/4，且€2 > Μ ;
[0028] (2b)初始化，令:方"。，"二;
[0029]
預測bn+i，令Bn+i= [Bn，bn+i]， 使得下一時刻更新頻率編碼序列Bn+1對應的數(shù)字域離散頻率編碼信號的自相關旁瓣能量相 對于當前頻率編碼序列仏對應的數(shù)字域離散頻率編碼信號呈下降趨勢；
[0030] $Bn = Bn+1，且η加1，其中，U-Br^Br^U上的差集，sf1代表預測過程中頻率編碼個 數(shù)為n+1時對應的數(shù)字域離散頻率編碼信號，此時數(shù)字域離散頻率編碼信號的長度為(n+1) K；
[0031] (2d)重復執(zhí)行步驟（2c )N-n〇次，得到一組長度為N的離散頻率編碼序列 ，…入]，該組離散頻率編碼序列Bn對應一個低自相關數(shù)字域離散頻率 編碼?目號；
[0032] (2e)重復執(zhí)行子步驟(2a)至(2d)M次，得到Μ個低自相關性的數(shù)字域離散頻率編 碼信號，將所述Μ個具有低自相關性的數(shù)字域離散頻率編碼信號構(gòu)成信號集{S1m(k)，m= 1， 2,…，M}，其中，M2 100,且為整數(shù)。
[0033] (3)步驟3具體包括如下子步驟：
[0034] (3a)在所述Μ個數(shù)字域離散頻率編碼信號中隨機選L個數(shù)字域離散頻率編碼信號， 構(gòu)成LXKN的信號矩陣3[=[81，82，"_乳]7，再計算1^個數(shù)字域離散頻率編碼信號的互相關能 量加權(quán)和El;
[0035] (3b)重復步驟(3a)P次，得到一個信號矩陣集合·(#''./)=1,2,…?，及對應的歸一 化互相關峰值加權(quán)和集合? g.' Ρ = 1，2,…，其中Ρ=Μ~100Μ，且Ρ為自然數(shù)；
[0036] (3c)選取所述歸一化互相關峰值加權(quán)和集合中最小歸一化互相關峰值加權(quán)和對 應的信號矩陣作為L個具有低歸一化互相關峰值加權(quán)和的數(shù)字域離散頻率編碼信號。
[0037]進一步的，數(shù)字域離散頻率編碼信號的互相關能量加權(quán)和以的計算式為
[0038]其中（Γ表示共輒操作，Real 〇表示取復數(shù)的實部，（)τ表示矩陣轉(zhuǎn)置操作。
[0039] (4)步驟4具體包括：
[0040] (4a)設根據(jù)步驟3得到的L個具有低歸一化互相關峰值加權(quán)和的數(shù)字域離散頻率 編碼信號的編碼序列為Blxn，其中，
[0042] (4b)根據(jù)所述編碼序列為Blxn，確定所述頻率編碼矩陣F，
[0043]其中，
[0045] Af = l/T，T為子脈沖持續(xù)時間；
[0046] (4c)根據(jù)所述頻率編碼矩陣F得到所述數(shù)字域正交離散頻率編碼信號 $ g/2對'棚.'.&，其中，
[0048] Fs=K · Af，F(xiàn)s為采樣頻率，K為正整數(shù)。
[0049]本發(fā)明與傳統(tǒng)正交離散頻率編碼波形的設計方法相比主要具有以下優(yōu)點：（1)本 發(fā)明將DFCW采樣為數(shù)字域DFCW，利用預測模型，逐步預測出下一個子脈沖的頻率編碼，簡化 了設計原理，更容易編程實現(xiàn)，提高了設計效率；（2)本發(fā)明定向預測得到具有低自相關旁 瓣的數(shù)字域DFCW集，再從中搜選低互相關的波形，提高了全局優(yōu)化能力，同時本發(fā)明設計的 數(shù)字域正交離散頻率編碼針對具體實際應用具有更優(yōu)的性能。
【附圖說明】
[0050]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0051 ]圖1是本發(fā)明實施例提供