基于ofdm的相干mimo雷達正交波形設計方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種雷達正交波形設計方法，更具體地說，設及一種基于(FDM的相干 MIM0雷達正交波形設計方法。
【背景技術】
[0002] 隨著雷達技術的發(fā)展和對其功能要求的提高，傳統(tǒng)SIS0 (Single-Input Single-Ou化ut)雷達的性能瓶頸逐步凸顯。新體制的MIM0雷達與其相比，具有較好的距離 和多普勒分辨率，提高了系統(tǒng)自由度，可W對抗目標的橫截面積閃爍等優(yōu)點。MIM0雷達的性 能與其發(fā)射的波形具有十分密切的關系。相干MIM0雷達要求發(fā)射波形之間相互正交，從而 獲得寬波束低增益波形。在接收端，回波信號能夠被徹底分開而不會產生相互干擾。因此， 正交波形的設計已經成為了本領域內的一個研究熱點。
[0003] 目前，比較常見的設計正交波形的方法主要有；基于雷達的模糊函數(shù)公式，求滿足 一定優(yōu)化條件下的波形；或者是利用LFM(Linear化equncyMo化lation)信號的頻率斜率 進行變化，產生一組大時寬-帶寬積的信號，或是W最小化優(yōu)化均方誤差估計和最大化互 信息為準則推導出滿足該條件的信號。然而W上的幾種方法仍存在著W下幾個方面的不 足；1，產生信號的算法比較復雜，無論是基于模糊函數(shù)還是基于約束條件，都需要較多的數(shù) 學推導，工作量較大，在工程上實現(xiàn)也比較復雜；2,產生的信號的正交性實質上是在一定條 件下才可W滿足，只能稱為準正交信號；當不滿足條件時，正交性容易被破壞，從而導致雷 達整體性能下降。

【發(fā)明內容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種基于(FDM的相干MIM0 雷達正交波形設計方法。該方法是利用隨機函數(shù)，對(FDM信號進行分解，從而產生出若干 個相互正交的波形。具體來說，首先對隨機產生的基帶序列進行串并變換和極性變換；接著 利用QPSK對該序列進行極性調制，然后根據(jù)隨機函數(shù)對調制后的序列進行隨機抽取，得到 若干組數(shù)據(jù)；最后分別對該幾組數(shù)據(jù)進行IFFT(InverseFourierTransform,快速傅里葉 逆變換），從而得到一組相互正交的波形，稱為SI-〇FDM(StochasticInterleavedOFDM)信 號。
[0005] 為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，解決現(xiàn)有技術中所存在的問題，本發(fā)明采取的技術方案 是：一種基于0抑M的相干MIM0雷達正交波形設計方法，包括W下步驟：
[0006] 步驟1、(FDM信號數(shù)學模型的建立；常見的(FDM信號可W表示為，
[0007]
【主權項】
1. 一種基于OFDM的相干MMO雷達正交波形設計方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟UOFDM信號數(shù)學模型的建立：常見的OFDM信號可以表示為，
式（1)中，d[n]表示基帶數(shù)字序列受到調制后的序列，由于這里OFDM信號不作為通 信信號使用，基帶數(shù)字序列是隨機產生的，因而d[n]包含的是隨機相位信息，該序列共有N 個，η表示下標，取值范圍是：n = 1、2、.. .N，Af表示子載波的頻率間隔，為保證子載波間 的正交性，需要滿足T = 1/Λ f，其中，T表示一個OFDM信號的碼元長度； 步驟2、產生隨機基帶序列：利用隨機函數(shù)f (n) = rand(0, 1)，產生一個由0和1構 成的隨機基帶序列，總個數(shù)為2N，標記為x{m}，m是隨機基帶序列的下標，取值范圍是 {1，2, · ·，2N}; 步驟3、對隨機基帶序列進行極性變換：對由0和1隨機構成的基帶序列進行極性變 換，對應的，0變?yōu)?，1變?yōu)?1，即X' {m} = 1-2 · X{m}，X' {m}是變換后的隨機基帶序列； 步驟4、對變換后的隨機基帶序列進行QPSK調制：對X' {m}中數(shù)據(jù)，兩兩分為一組 進行QPSK調制，調制后共有四種結果{1+j，I-j，-1+j，-I-j}，分別與四種不同的相位
-一對應，對調制后隨機基帶序列的幅度值進行歸一化后，可以表示為 d[n]，包含有N個相位信息，即n = 1、2、...N; 步驟5、構建隨機抽取函數(shù)：假設需要產生M個相互正交的波形組，則需要抽取產生M 組子序列，并且為保證各個波形組具有相同的子載波個數(shù)，需要滿足k = N/M，其中，k為 正整數(shù)，它表示每個子序列包含的元素個數(shù)，N為原OFDM信號中的總子載波個數(shù)，隨機抽 取函數(shù)需要滿足一下幾個條件：1，函數(shù)每次都是隨機產生一個正整數(shù)的下標η'，其范圍應 是在：1彡η'彡N ;2,第i組子序列Ci中的每個值都是不重復的，而且根據(jù)之前的約束條 件，每個子序列的元素個數(shù)應該都是相等的；3,所有的子序列應該滿足以下兩個約束條件： =0，C 1U C2... U Cm= d[n];其中，Ci表示隨機函數(shù)抽取得到的第i個 調制碼元序列，它對應第i個正交波形的調制序列，其中，下標i的取值范圍是= {1、 2、... Μ}，該條件表明，所有的子集沒有任何交集，且所有子集的并集是調制后隨機基帶序 列d[n]，隨機抽取函數(shù)對d[n]的抽取過程包括一下幾個子步驟： 子步驟（a)、初始化：令計數(shù)器count = 0,產生一個空的矩陣Ci; 子步驟（b)、隨機函數(shù)rand (1，N)概率產生[1，N]之間的一個任意數(shù)X ; 子步驟（c)、判斷新產生的數(shù)X是否與本集合之前產生數(shù)和其他已經生成的集合中的 所有元素是否重合，若X = X'，其中X' e (C1U C2... U C^1U Ci),則回到子步驟（b)，否 貝1J，繼續(xù)子步驟（d); 子步驟（d)、將產生的數(shù)存儲到序列Ci中，計數(shù)器count加1 ; 子步驟（e)、判斷計數(shù)器是否小于k，若不滿足，表示序列長度已達到k，(^產生完畢，退 出；否則，繼續(xù)子步驟（b); 步驟6、對Ci利用冒泡法按從小到大的順序進行排列：由于C 1是無序的隨機數(shù)，因此， 對(；利用冒泡法按從小到大的順序進行排列，形成有序的C/ ; 步驟7、各個序列補零：對步驟6產生的序列進行補零，從而使序列長度達到N，由于原 來長度為k，因此需要補零個數(shù)為（M-I) k，以第i個序列為例，補零過程包括一下幾個子步 驟： 子步驟（a)、產生長度為N，值均為O的零序列Di [η]; 子步驟（b)、遍歷C/中的數(shù)據(jù)，取出下標值，假設j = l、2、...k，C/ [j]即是原始序列 d [η]的下標，也是對應新序列的下標Di [η]; 子步驟（c)、對應位置賦值々DJC/ [j]] = d[(V [j]]，則新的調制序列與d[n]在相 同的下標出具有相同的值，而在沒有被包含進C/的其他下標對應的序列值都用零補上； 步驟8、利用步驟2-7產生的新的調制序列分別進行IFFT :利用步驟2-7產生的新的調 制序列分別進行IFFT，從而產生各個正交信號，對于第i個信號，其數(shù)學表達式為：
式（2)中，ε表示任意的正整數(shù)，由于新產生的信號是對原OFDM信號的調制碼元進 行隨機抽取，從而導致新信號中，相鄰子載波頻率間隔是個不確定的值，但可以明確的是， ε的值是個大于等于1的正整數(shù)，它等于在新信號中相鄰的兩個子載波的距離，即ε = C/ [n，]-CV [η，-1]。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雷達正交波形設計方法，一種基于OFDM的相干MIMO雷達正交波形設計方法，包括以下步驟：1、OFDM信號數(shù)學模型的建立，2、產生隨機基帶序列，3、對隨機基帶序列進行極性變換，4、對變換后的隨機基帶序列進行QPSK調制，5、構建隨機抽取函數(shù)，6、對Ci利用冒泡法按從小到大的順序進行排列，7、各個序列補零，8、利用步驟2-7產生的新的調制序列分別進行IFFT。本發(fā)明以原來通信中的OFDM信號為基礎，通過構造隨機函數(shù)，對OFDM信號的子載波進行隨機抽取，從而獲得若干組調制碼元序列，然后利用離散時間快速傅里葉逆變換獲得最終的SI-OFDM信號。本發(fā)明采用的方法簡單明了，而且利用了IFFT，生成信號容易，更貼近工程實踐。
【IPC分類】H04L27-34, H04L27-26
【公開號】CN104836768
【申請?zhí)枴緾N201510191862
【發(fā)明人】王宗博, 林智斌
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月21日