基于接收波束形成的集中式MIMO雷达波形设计方法

摘要

本发明公开了一种基于接收波束形成的集中式MIMO雷达波形设计方法，主要解决现有方法不能降低集中式MIMO雷达接收回波距离旁瓣和角度旁瓣的问题。其实现过程是：（1）根据实际雷达系统和需要，确定集中式MIMO雷达的天线个数和波形个数以及码元长度；（2）根据雷达探测需求，确定探测角度和抑制角度，并将其归一化；（3）根据探测角度，确定期望发射方向图；（4）根据以上过程得到的参数，构建MIMO雷达波形优化的目标函数和约束条件；（5）根据构建的目标函数和约束条件，使用优化算法求解得到MIMO雷达波形。本发明具有能够降低集中式MIMO雷达接收回波距离旁瓣和角度旁瓣的优点，可用于集中式MIMO雷达波形设计。

主权项

1.一种基于接收波束形成的集中式MIMO雷达波形设计方法，包括如下步骤：1）根据实际的集中式MIMO雷达系统，确定集中式MIMO雷达的发射天线个数N_t和接收天线个数N_r，MIMO雷达波形的个数等于集中式MIMO雷达的发射天线个数N_t，根据实际需要，确定MIMO雷达波形的码元长度N_s；2）根据集中式MIMO雷达实际的探测需要，确定N_θ个探测角度θ_m，m＝1,2,…,N_θ，以及N′_θ个抑制角度θ′_n，n＝1,2,…,N′_θ，进而得到N_θ个归一化的探测角频率f_m＝0.5sin(θ_m)和N′_θ个归一化的抑制角频率f′_n＝0.5sin(θ′_n)，其中，m＝1,2,…,N_θ，n＝1,2,…,N′_θ；3）根据N_θ个探测角度θ_m，确定期望发射方向图B_p，该发射方向图B_p是一个N_b维的向量；4）构建MIMO雷达波形优化的目标函数和约束条件：4a）给定一个MIMO雷达波形矩阵S，根据发射天线个数N_t、接收天线个数N_r、N_θ个探测角频率、N′_θ个抑制角频率、MIMO雷达波形的个数N_t、码元长度N_s和期望发射方向图B_p，得到集中式MIMO雷达接收回波距离旁瓣和角度旁瓣的最大值D和MIMO雷达波形矩阵S的发射方向图与期望发射方向图的最大差值C：$D=\max |\frac{a_r^H\left(f_m\right)a_r\left(f_n^{\prime }\right)}{N_r}·\frac{a_t^H\left(f_m\right){\mathrm{SJ}}_k{S}^H{a}_t\left(f_n^{\prime }\right)}{a_t^H\left(f_m\right){\mathrm{SS}}^H{a}_t\left(f_m\right)}|,$$C=\max |\mathrm{diag}\left(\frac{A^H{\mathrm{SS}}^{H}A}{N_s}\right)-\gamma ·B_p|,$其中，|·|表示对输入向量的每个元素取模值，(·)^H表示共轭转置；f_m为探测角频率，m＝1,2,…,N_θ；f′_n为抑制角频率，n＝1,2,…,N′_θ；a_r(f_m)表示角频率为f_m时的接收波束形成导向向量；a_t(f_m)表示角频率为f_m时的发射波束形成导向向量；MIMO雷达波形矩阵S为N_t行N_s列的矩阵；J_k为滑动矩阵，其下标k的取值范围与探测角频率f_m和抑制角频率f′_n有关，如果探测角频率f_m＝f′_n，则k＝1,2,…,N_s-1，如果探测角频率f_m≠f′_n，则k＝0,±1,±2,…,±(N_s-1)；diag(·)表示输入矩阵的对角线元素，A是一个N_t行N_b列的矩阵，γ是一个权系数变量；4b）根据步骤4a）得到的旁瓣最大值D和发射方向图最大差值C，构建MIMO雷达波形优化的目标函数和约束条件：$\begin{array}{cc}\underset{\gamma ,P}{\min }& \max [D,\alpha ·C]\\ s.t.& S=\exp \left(\mathrm{jP}\right)\\ & 0\le P_{x,y}\le 2\pi ,x=\mathrm{1,2},···,N_t,y=\mathrm{1,2},···,N_s\end{array},$其中，s.t.表示约束条件，exp(·)表示指数，j为虚数单位，α是一个权系数，P为MIMO雷达波形矩阵S的相位矩阵，P_x,y表示相位矩阵P的第x行第y列对应的元素；5）根据步骤4）中构建的目标函数和约束条件，使用优化算法编程求解，得到最终的MIMO雷达波形矩阵