MIMO雷达波形的设计方法

摘要

本发明公开了一种MIMO雷达波形的设计方法，主要解决用现有技术设计波形多普勒容忍性差的问题。其实现步骤是：固定雷达的一组波形中心频率顺序，并将其初相均设为0；对频率间隔初始变量进行搜索，找出满足发射能量函数3dB带宽等于理想发射能量函数3dB带宽要求的频率间隔初始值；根据频率间隔初始值，设置各频率间隔；以频率间隔、初相为输入，以发射能量函数差值、发射方向旁瓣增益以及脉冲综合后信号的旁瓣幅度为输出，构造代价函数；调用代价函数，利用极小极大法进行优化，得到满足要求的频率间隔和初相；根据频率间隔和初相，得到最终的一组信号，完成各波形的设计。本发明设计的波形具有多普勒容忍性好的优点，可用于目标探测。

主权项

一种MIMO雷达波形的设计方法，包括如下步骤:(1)设MIMO雷达天线的发射阵元个数为N，载频为f₀，单个波形的脉冲宽度为Te，N个波形的总带宽为B，且各单个波形的带宽Bs相同，固定N个波形中心频率f_k的顺序，即f₁<f₂<…<f_N‑1<f_N，且将N个波形的初相均设为0,其中k＝1,2,3，…,N，N≥8；(2)定义各波形频率间隔为Δf_m＝f_m+1‑f_m，设各波形频率间隔Δf_m均等于频率间隔初始变量Δf₀，并在0到1/Te之间对频率间隔初始变量Δf₀进行搜索，找出满足发射能量函数的3dB带宽等于理想发射能量函数的3dB带宽要求的频率间隔初值Δf₀′,其中m＝1,2,3,…,N‑1；(3)在频率间隔初值Δf₀′附近随机产生N‑1个值，分别赋给波形频率间隔Δf_m，得到第1个信号的中心频率为f₁＝f₀‑sum(Δf_m)/2，第i个信号的中心频率f_i为f_i＝f_i‑1+Δf_m，其中i＝2,3,…,N且m＝i‑1，sum()为求和运算；(4)根据频率间隔Δf_m、初相计算得到单个信号的带宽Bs＝B‑sum(Δf_m)，再由μ＝Bs/Te计算得到调频斜率μ，从而得到基带信号波形s_k为：其中,j为单位虚常数，t为0～Te内的L点采样时间，exp()为以自然常数e为底的指数函数；(5)根据基带波形信号s_k，得到信号协方差矩阵R＝ss^H，其中信号波形矩阵s＝[s₁；s₂；…；s_k；…；s_N]，进而得到发射能量函数为：P(θ)＝a(θ)^TRa(θ)^*，其中θ为‑90～90度范围的角度，a(θ)＝exp(j2π((1:N)^T‑(N+1)/2)*d.*G/c*sin(θ))为角度θ的导向矢量，d为阵元半径，c为光速，中心频率向量G＝[f₁,f₂,…,f_k,…，f_N]^T，()^*为共轭运算，()^T为转置运算，.*为点乘运算符；(6)设发射波束主瓣方向为β，根据信号协方差矩阵R，得到发射方向函数：f(θ,β)＝a(θ)^TRa(β)^*，其中a(β)＝exp(j2π((1:N)^T‑(N+1)/2)*d.*G/c*sin(β))为发射波束主瓣方向的导向矢量；(7)设理想发射能量函数3dB带宽的角度范围内的任意一个目标的角度为φ，由信号波形矩阵s得到回波信号sr＝a(φ)^Ts，对该回波信号进行脉冲综合，得到脉冲综合处理后的信号st(φ)为：st(φ)＝xcorr(a(φ)^Ts)，其中a(φ)＝exp(j2π((1:N)^T‑(N+1)/2)*d.*G/c*sin(φ))为目标方向的导向矢量，xcorr()为自相关运算；(8)根据脉冲综合处理后的信号st(φ)、发射方向函数f(θ,β)、发射能量函数P(θ)，计算脉冲综合后信号的最大旁瓣幅度y2、发射方向函数的最大旁瓣增益y3、以及发射能量函数P(θ)与理想发射能量函数Pt(θ)的最大差值p，进而得到行向量x：x＝[a*y2,b*y3,c*p]，其中，a、b、c为大于0的三个不同系数，通过调整其大小满足波形性能的不同需求；(9)以频率间隔Δf_m、初相作为输入，以行向量x为输出，得到代价函数：(10)以各波形频率间隔Δf_m、初相为变量，调用代价函数利用极小极大法进行优化，得到优化后的各波形频率间隔Δf_m′和初相使其满足低距离旁瓣、低角度旁瓣，以及波形发射能量函数接近理想发射能量函数的需求；(11)用优化后的各波形频率间隔Δf_m′和初相求得各波形的最终中心频率值f_k′、单个波形的最终带宽值Bs′及最终调频斜率值μ′，进而得到最终的各信号波形s_k′：