多峰值低多普勒旁瓣的相位编码信号设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达技术领域，具体的说是一种多峰值低多普勒旁瓣的相位编码信号 设计方法。
【背景技术】
[0002] 相位编码信号是一种常见的脉冲压缩信号，与调频信号相比，相位编码信号在设 计中具有更多的自由度，并且相位编码信号具有低距离旁瓣和低互相关旁瓣等优点，因此 得到了广泛研究和应用。但是，相位编码信号是多普勒敏感信号。当脉冲压缩滤波器无法 匹配接收到的目标回波信号的多普勒频率时，会造成脉冲压缩后主瓣幅度降低和旁瓣电平 升高这两个后果，严重影响了雷达的探测性能。
[0003]目前，相位编码信号的旁瓣抑制方法主要有经典的窗函数加权法、最小二乘幅度 和相位加权法以及压缩后采样滑窗处理法等。当没有多普勒失配时，这三类方法可以很好 的抑制脉压后的旁瓣；但当存在多普勒失配时，这三类方法的抑制效果会严重下降，因此， 这三类方法无法解决由多普勒频率失配造成的旁瓣电平升高问题。
[0004] 为了解决由多普勒频率失配造成的主瓣幅度降低问题，雷达在接收目标回波时通 常采用一组多普勒补偿脉冲压缩滤波器对目标回波的多普勒频率进行补偿；并且通过该方 法可以对目标的速度进行估计。但是，如果目标速度很大，雷达进行多普勒补偿时多普勒补 偿脉冲压缩滤波器个数会很多，这样将增加信号处理的运算量，影响雷达的实时性。根据多 普勒补偿脉冲压缩滤波器输出的峰值幅度，可以测算目标的速度，但是该方法的测速精度 较低。
[0005] 目前，相位编码信号设计主要致力于设计低距离旁瓣和互相关旁瓣的信号，并没 有考虑降低多普勒旁瓣、减少多普勒补偿脉冲压缩滤波器个数和提高测速精度的问题。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种多峰值低多普勒旁瓣的相位编码信号 设计方法，以解决由于多普勒频率失配造成的旁瓣电平升高，目标速度大导致多普勒补偿 时多普勒补偿脉冲压缩滤波器过多和测速精度低的问题，用于抑制相位编码信号的多普勒 旁瓣、提高雷达的测速精度和减少雷达的多普勒补偿通道个数，进而提高雷达性能。
[0007] 实现本发明的技术思路是：根据目标归一化的多普勒频率范围和在距离-多普勒 维上各峰值出现的位置，以最小化两倍多普勒频率范围内的多普勒旁瓣峰值电平和将各峰 值分别逼近期望的峰值幅度为目标函数，设计相位编码信号。
[0008] 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
[0009] -种多峰值低多普勒旁瓣的相位编码信号设计方法，所述方法包括如下步骤： [0010] 步骤1，根据雷达发射信号的带宽和雷达发射信号的时宽确定相位编码信号的码 元长度，所述相位编码信号为雷达发射的探测信号；
[0011] 步骤2,确定所述相位编码信号在距离-多普勒维上的峰值个数，以及每个峰值在 距离-多普勒维上的位置；
[0012] 步骤3,确定所述相位编码信号的多普勒频率点的选取间隔，以及对相位编码信号 进行旁瓣抑制的多普勒频段宽度，并根据所述多普勒频率点的选取间隔和所述多普勒频段 宽度确定所述相位编码信号在多普勒维上的多普勒通道个数；
[0013] 步骤4,计算所述相位编码信号的每个多普勒通道的旁瓣向量；
[0014] 步骤5,根据所述相位编码信号的所有多普勒通道的旁瓣向量，构建目标函数；
[0015] 步骤6,求解所述目标函数，得到所述相位编码信号。
[0016] 本方案的特点和进一步的改进为：
[0017] (1)步骤1具体包括：根据雷达发射信号的带宽B和雷达发射信号的时宽Tp得到 所述相位编码信号的码元长度N s= ceil (BXT p)，其中，ceil (·)表示向上取整数。
[0018] (2)步骤2中确定所述相位编码信号在距离-多普勒维上的峰值个数N，其中， N彡3,且为奇数；
[0019] 所述相位编码信号的N个峰值关于所述相位编码信号的距离-多普勒维二维图上 的点（N s，0)对称，其中队表示所述相位编码信号的码元长度，0表示多普勒维上的零多普 勒频率。
[0020] (3)步骤2中每个峰值在距离-多普勒维上的位置对应的多普勒频率的绝对值小 于或者等于相位编码信号的归一化最大多普勒频率，且所述每个峰值在多普勒维上的位置 都不相同。
[0021] 更进一步的，令M表示所述相位编码信号的N个峰值中在距离-多普勒维上的位 置对应的多普勒频率大于零的峰值个数，则所述相位编码信号总的峰值个数N = 2M+1 ;
[0022] 设置所述相位编码信号的在多普勒维上的位置对应的多普勒频率大于零的M个 峰值的位置为：
[0024] 其中I e [1，M]，叫表示距离维上的第1个点，HI1表示多普勒维上多普勒频率大于 零的第1个点，M取值为正整数；
[0025] 则所述相位编码信号的在多普勒维上的位置对应的多普勒频率小于零的M个峰 值的位置为：
[0027] 其中，2Ns_ni表示n i点关于距离维上第N 3个点对称的点，-m i表示多普勒维上多普 勒频率小于零的第1个点；设置所述相位编码信号的在多普勒维上的位置对应的多普勒频 率为零的峰值的位置为（N s，m。）。
[0028] (4)步骤3中具体包括如下子步骤：
[0029] (3a)确定所述相位编码信号的最大多普勒频率
其中为目标 的最大径向速度，λ为雷达发射信号的波长；
[0030] (3b)确定所述相位编码信号的归一化最大多普勒频率/dl_ = /_χ/δ，以及所述 相位编码信号的归一化最小多普勒频率fd_= -fd_，其中，B为雷达发射信号的带宽；
[0031] (3c)根据所述相位编码信号的归一化最大多普勒频率fd_和所述相位编码信号 的归一化最小多普勒频率T dmx，得到对所述相位编码信号进行旁瓣抑制的多普勒频段宽度 fwldth= 2X (f ，其中 X 表示乘号。
[0032] (3d)假定雷达的多普勒频率分辨率为Δ fd，则根据雷达的多普勒频率分辨率Δ fd 确定相位编码信号的多普勒频率点的选取间隔A f' d，使Δ f' d< Afd;
[0033] (3e)根据对所述相位编码信号进行旁瓣抑制的多普勒频段宽度fwldth和所述相位 编码信号的多普勒频率点的选取间隔Af' d，确定所述相位编码信号在多普勒维上大于零 多普勒频率点的多普勒通道个数Ndl= ceil(fwldth/2/Af' d)，其中，ceil( ·)表示向上取 整数；
[0034] (3f)所述相位编码信号在多普勒维上的多普勒通道个数Nd= 2N dl+l。
[0035] (5)步骤4具体包括如下子步骤：
[0036] (4a)根据所述相位编码信号的多普勒频率点的选取间隔Af'廊所述相位编码 信号在多普勒维上大于零多普勒频率点的多普勒通道个数N dl，得到第i个多普勒通道的多 普勒频率fdi= i · Af' d，则第i个多普勒通道的多普勒导向向量&1为
[0039] (4b)假定相位编码信号为s，则所述第i个多普勒通道的相位编码信号s' 1 = s Θ (fdl)，所述第i个多普勒通道的相位编码信号s' i经过滤波器h后输出的结果向量 为P "，其中，
[0041] 表示卷积，[.]τ表示转置，k e [1，21^-1]，队表示相位编码信号的码元长度，滤 波器h为相位编码信号S翻转取共辄；
[0042] (4c)根据所述第i个多普勒通道的相位编码信号s' i经过滤波器h后输出的结 果向量P "，确定第i个多普勒通道的旁瓣向量Pu
[0043] 更进一步的，确定第i个多普勒通道的旁瓣向量P 1具体包括：
[0044] 判断多普勒频率fdl是否在频率区间[m。-1/队，111。+1/队]内，如果多普勒频率f dl在 该频率区间内，且峰值m。对应的距离维上的点为η。，则去除向量P "的第η。个点；继续判 断多普勒频率fdl是否在频率区间[m fl/Nvi^+l/Nj内，如果多普勒频率fdl在该频率区间 内，且峰值Hi1对应的距离维上的点为n i，则去除向量P "的第n i个点；以此类推，直至判断 多普勒频率fdi是否在频率区间[mM-l/N s，mM+l/Ns]内，如果多普勒频率fdl在该频率区间内， 且峰值m M对应的距离维上的点为η M，则去除向量Ptli的第η M个点，去除向量P。;中对应的 点后得到的向量记为向量Pi。
[0045] (6)步骤5具体包括如下子步骤：
[0046] (5a)记在多普勒维上大于等于零多普勒频率的多普