基於接收波束形成的集中式mimo雷達波形設計方法
2023-07-05 12:20:11
基於接收波束形成的集中式mimo雷達波形設計方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於接收波束形成的集中式MIMO雷達波形設計方法，主要解決現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。其實現過程是：（1）根據實際雷達系統和需要，確定集中式MIMO雷達的天線個數和波形個數以及碼元長度；（2）根據雷達探測需求，確定探測角度和抑制角度，並將其歸一化；（3）根據探測角度，確定期望發射方向圖；（4）根據以上過程得到的參數，構建MIMO雷達波形優化的目標函數和約束條件；（5）根據構建的目標函數和約束條件，使用優化算法求解得到MIMO雷達波形。本發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點，可用於集中式MIMO雷達波形設計。
【專利說明】基於接收波束形成的集中式MIMO雷達波形設計方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於雷達【技術領域】，具體的說是一種MIMO雷達波形設計方法，用於降低集中式MIMO雷達接收回波的距離旁瓣和角度旁瓣，逼近期望的發射方向圖。
【背景技術】
[0002]MMO雷達是一種新興的有源探測技術，現已成為雷達【技術領域】的一個研究熱點。根據發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。對於集中式MMO雷達，其特點是收發天線或陣元間距較小。與相控陣雷達相比，集中式MMO雷達具有自由地設計每個陣元發射信號波形的能力，從而具有對空間目標更高的解析度，對低速運動目標更好的靈敏度和對一般目標更佳的參數辨別能力。此外，集中式MIMO雷達可以更加靈活地設計發射方向圖，從而使得雷達系統的工作模式非常靈活，而發射方向圖的設計也是通過波形設計實現的。因此，研究集中式MIMO雷達的波形設計，具有重要的意義。
[0003]目前，對於集中式MMO雷達波形設計的研究，主要集中於發射方向圖的設計，SP設計一組MIMO雷達波形以逼近期望的發射方向圖。例如，首先根據期望的發射方向圖，使用凸優化方法、矩陣分解方法或者半正定二次規劃方法求得MMO雷達波形的協方差矩陣，然後根據協方差矩陣使用循環算法等方法設計得到MMO雷達波形；或者使用線性規劃的方法根據期望的發射方向圖直接設計得到MIMO雷達波形。但是以上方法，只考慮了逼近期望的發射方向圖這一個因素，實際中，不但要求設計得到的MIMO雷達波形具有期望的發射方向圖，而 且要求設計得到的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，現有方法設計得到的MMO雷達波形導致集中式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。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於針對上述已有方法的缺點，提出一種基於接收波束形成的集中式MMO雷達波形設計方法，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]實現本發明目的的技術思路是:根據最小化集中式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射方向圖這兩個準則，以MIMO雷達波形為優化變量，使用優化算法求解得到MIMO雷達波形，其具體實現步驟包括如下:
[0006]I)根據實際的集中式MMO雷達系統，確定集中式MMO雷達的發射天線個數Nt和接收天線個數隊，MIMO雷達波形的個數等於集中式MIMO雷達的發射天線個數Nt，根據實際需要，確定MMO雷達波形的碼元長度Ns ；
[0007]2)根據集中式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Ne個探測角度θπ，確定期望發射方向圖Bp，該發射方向圖Bp是一個Nb維的向量；
[0009]4)構建MMO雷達波形優化的目標函數和約束條件:
[0010]4a)給定一個MMO雷達波形矩陣S，根據發射天線個數Nt、接收天線個數H個探測角頻率、N' θ個抑制角頻率、MIMO雷達波形的個數Nt、碼元長度Ns和期望發射方向圖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的發射方向圖與期望發射方向圖的最大差值C:
[0011]
【權利要求】
1.一種基於接收波束形成的集中式MIMO雷達波形設計方法，包括如下步驟: 1)根據實際的集中式MMO雷達系統，確定集中式MMO雷達的發射天線個數Nt和接收天線個數隊，MIMO雷達波形的個數等於集中式MIMO雷達的發射天線個數Nt，根據實際需要，確定MMO雷達波形的碼元長度Ns ； 2)根據集中式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Ne個探測角度θπ，確定期望發射方向圖1，該發射方向圖1是一個Nb維的向量; 4)構建MIMO雷達波形優化的目標函數和約束條件: 4a)給定一個MIMO雷達波形矩陣S，根據發射天線個數Nt、接收天線個數隊、Ne個探測角頻率、N' θ個抑制角頻率、MIMO雷達波形的個數Nt、碼元長度Ns和期望發射方向圖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的發射方向圖與期望發射方向圖的最大差值C:
2.根據權利要求1所述的基於接收波束形成的集中式MIMO雷達波形設計方法，其中步驟3)所述的根據Ne個探測角度em，m= 1，2，…，Ne，確定期望發射方向圖1，按如下步驟進行: .3a)根據計算量和發射方向圖的逼近效果兩個因素，先確定期望發射方向圖Bp的維數Nb，維數Nb的取值大於探測角度個數Ne，再將角度區間[-90°，90° ]均勻地離散化，得到Nb個離散角度馬和離散角頻率
3.根據權利要求1所述的基於接收波束形成的集中式MIMO雷達波形設計方法，其中所述步驟4a)中的接收波束形成導向向量\ (fm)、發射波束形成導向向量at(fm)、滑動矩陣Jk和矩陣A，其表達式分別如下:
4.根據權利要求1所述的基於接收波束形成的集中式MIMO雷達波形設計方法，其中步驟5)所述的使用優化算法編程求解，得到最終的MIMO雷達波形矩陣g，其步驟如下: .5a)確定循環次數N，設置最小代價函數值Fmin為無窮大，設置一個臨時矩陣T，並設置臨時矩陣T內的所有元素全部為O ;.5b)初始化波形相位矩陣P和權係數變量Y，即先為相位矩陣P中的每個元素設置一個隨機值，隨機值的取值範圍為O~2 π，再為權係數變量Y設置一個隨機值，隨機值的取值範圍為O~I ; .5c)將初始化相位矩陣P和權係數變量Y代入步驟4)中的目標函數，根據約束條件，調用優化算法搜索使目標函數值最小的相位矩陣P和權係數變量Y，得到本次循環的優化結果，即優化後的相位矩陣P,； .5d)比較本次優化結果的目標函數值與最小代價函數值Fmin的大小，如果本次優化結果的目標函數值小於最小代價函數值Fmin，則清空臨時矩陣T，保存本次優化結果，即臨時矩陣T = P'，並且使最小代價函數值Fmin等於當前優化結果的目標函數值；否則，忽略本次優化結果； .5e)返回步驟5b)直到循環N次後結束，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 優先權日:2014年3月26日
【發明者】劉宏偉, 周生華, 臧會凱, 糾博, 王旭 申請人:西安電子科技大學