多峰值低多普勒旁瓣的相位编码信号设计方法_3

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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。
[0084] (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。
[0085] 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。
[0086] 由于滤波器h为相位编码信号s的匹配滤波器,因此在多普勒维上,每个多普勒通 道信号通过滤波器h后的结果关于零多普勒频率左右对称。
[0087] 步骤4具体包括如下子步骤:
[0088] (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
[0091] (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 B1 (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,
[0093] 表示卷积,[· ]τ表示转置,k e [1,2N s_l],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。
[0094] (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
[0095] 确定第i个多普勒通道的旁瓣向量P 1具体包括:
[0096] 判断多普勒频率fdl是否在频率区间[m Q-l/Ns,mQ+l/Ns]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,反之,则 不用去除向量Pel的第η。个点;继续判断多普勒频率€&是否在频率区间[Hi 1-IzX, mi+l/ Ns]内,如果多普勒频率fdl在该频率区间内,且峰值m i对应的距离维上的点为n i,则去除向 量P "的第n i个点,反之,则不用去除向量P "的第n i个点;以此类推,直至判断多普勒频 率fdl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 mM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。
[0097] 步骤5,根据所述每个多普勒通道的旁瓣向量,构建目标函数。
[0098] 由于相位编码信号的各个峰值在多普勒维上对应的位置分别为叫,...,Hi1, ..., mM;各个峰值的幅度逼近码元长度Ns,且依次记为Id1,...,Id 1,...,bM,其中,Id1= P U(Ii1)-Ns, I e [1,M],M取值为正整数。
[0099] 步骤5具体包括如下子步骤:
[0100] (5a)记在多普勒维上大于等于零多普勒频率的多普勒通道的旁瓣向量分别为
?在多普勒维上大于等于零多普勒频率的多普勒通道的峰值分别为 Id1,…,Id1,…,bM,其中 i e [0, Ndl],I e [1,M]。
[0101] (5b)分别取多普勒通道的旁瓣向量和多普勒通道的峰值的p范数组成向量P,
[0103] 其中,N · I Ip表示P范数。
[0104] (5c)假设向量P中每个元素对应的系数向量为
t e [l,Ndl+M+l],则构建目标函数为:
[0105]
[0106] 其中,min表示最小化,I I · I |p表示p范数,Θ表示点乘,α为相位编码信号的相 位向量。系数向量k里面的各个元素均为人为设定的正实数,用于折中旁瓣抑制效果和多 峰值主瓣逼近的效果,系数向量k的取值分别在[0,1]的范围内进行选择,然后根据实际需 要进行调整。步骤6,求解所述目标函数,得到所述相位编码信号。
[0107] 采用基于L-BFGS的最小p范数的优化算法求解步骤5的目标函数的具体子步骤, 包括:
[0108] (ea)定义函数:f(c〇 = I |k0 P I |p,其中,N · I Ip表示P范数,α为相位编码 信号的相位向量
「表示转置。
[0109] (6b)初始化,设置向量的初值α。和最小下降量ε满初始值,令迭代次数η = 1, 范数ρ = 2,乘子μ = 2,函数初值f。= 100。
[0110] (6c)通过使用文献[Wang Y C,Wang X,Liu H W,et al. On the Design of Constant Modulus Probing Signals for MIMO Radar Signal Processing[J]. IEEE Transactions on Signal Processing,2012,60 (8) :4432-4438.]的 L-BFGS 算法最小化函 数f ( α ),其中,L-BFGS算法的更新次数m = 5,向量a n i作为L-BFGS算法的初始值,优化 结果为向αη,令fn=f( an)。
[0111] (6d)如果|fn-fnl| < ει,则输出向量an并停止循环;否则,迭代次数η加1,且 令范数Pn= μρη1,跳至子步骤(6c)。
[0112] (6e)由上述子步骤得到的向量an,确定向量a = an,进而得到期望的相位编码 信号:s = exp(j a ),其中,exp( ·)表示指数,j为虚数单位。
[0113] 本发明的效果通过以下仿真实验进一步说明:
[0114] 仿真参数设置如下:相位编码信号的长度Ns= 128,相位编码信号的多普勒 通道个数Nd= 33,可知大于零多普勒频率点的个数Ndl= 16;归一化的最大多普勒频 率为fd_= 2/N s,峰值的总个数N = 5,其中在多普勒维上,多普勒位置大于等于零的 多峰值位置在距离-多普勒维上分别为(Ns-8,2/N s),(Ns,0),(Ns+12,2/Ns);多普勒频 率点的选取间隔Af' d=〇. 25/Ns,需要抑制多普勒旁瓣的频段宽度fwldth=8/NsJX
[0115] 首先,根据上述参数构建相位编码信号的目标函数。然后,在MATLAB软件上按照 图2所示的流程编写程序,求解得到期望的相位编码信号。
[0116] 根据设计得到的相位编码信号,计算相位编码信号在设置的每个多普勒频率处的 脉冲压缩结果,将结果排成矩阵形式,取模后画成三维图形,如图3所示。将多普勒频段的 宽度增加〇. 5倍,多普勒频率点的选取间隔保持不变,计算相位编码信号在每个多普勒频 率处的脉冲压缩结果,将结果排成矩阵形式,取模后画成三维图形,如图4所示。计算相位 编码信号在设置的每个多普勒频率处的脉冲压缩结果,将结果排成矩阵形式,取模后画成 等尚图形,如图5所不。
[0117] 由图3可知,相位编码信号在设置的每个多普勒频率处脉冲压缩后的旁瓣都得到 了抑制,保持了较低的旁瓣峰值水平。由图4可知,在没有进行旁瓣抑制的多普勒频率处存 在峰值较高的多普勒旁瓣,而在进行旁瓣抑制的多普勒频率处多普勒旁瓣明显低于前者并 且幅度平坦。图3和图4说明本发明方法降低了的相位编码信号的多普勒敏性,解决了由 于多普勒频率失配造成的旁瓣电平升高问题。
[0118] 由图5可知,设计的该相位编码信号在设置的每个多普勒频率处脉冲压缩后,在 指定位置(Ns_12,2/N s),(Ns-8,1/Ns),(Ns,0),(N s+8,1/Ns),(Ns+12,2/Ns)出现了 5 个峰值, 峰值分别为63. 3747,63. 3741,128,63. 3741,63. 3747,对应的峰值旁瓣电平分别为-12. 994 7dB,-12. 9829dB,-19. 1789dB,-12.9829dB,-12.9947dB。
[0119] 利用此方法设计得到的'星状图'即多峰值相位编码信号在实际应用中,根据检测 到峰值个数,峰值的幅度高低以及峰值的位置,检测目标的速度;相对之前的只有在零多普 勒频率通道附近出现峰值的方法,本方面方法可以根据'星状图'中预先设定的峰值位置 和实际出现的峰值位置,任意每两个峰值之间在距离-多普勒维上的距离和与水平线所成 的角度都是确定的,且是唯一的;因此只要至少出现两个峰值,便可精确推测出零多普勒通 道的位置,进而可以精确测速,因此本发明方法可以提高目标的测速精度。通常情况,在距 离-多普勒维上,产生单峰值的多普勒补偿范围为[f d_,fd_],本发明方法下,由于'星状 图'多峰值的位置是提前设定好
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