高码率低距离分辨率相位编码信号的失配滤波器优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达技术领域，具体的说是一种高码率低距离分辨率相位编码信号的 失配滤波器优化方法，用于降低相位编码信号失配滤波后的距离旁瓣电平。
【背景技术】
[0002] 脉冲压缩技术解决了雷达的作用距离和距离分辨率之间的矛盾，在雷达领域得到 了广泛的应用。但是脉冲压缩信号通常具有较高的距离旁瓣，而较高的距离旁瓣不利于雷 达对目标进行有效探测，特别是在多目标或强杂波背景下的弱目标检测，弱目标的主瓣极 易被强目标回波的距离旁瓣淹没造成漏警，影响雷达的探测性能。例如，高幅度的距离旁瓣 可能会触发虚警，大功率目标回波的距离旁瓣会淹没附近距离单元处的小功率目标。
[0003] 为了降低相位编码信号的距离旁瓣，通常采用设计低旁瓣的脉冲压缩信号来实 现。现有的多种相位编码信号中，巴克码信号是最优的二相码信号，它具有最低的峰值旁瓣 电平，但是，巴克码信号的码元长度最长为13,不满足实际的应用要求。与二相码信号相比， 多相巴克码信号具有更低的峰值旁瓣电平。法兰克码、Pl码、P2码、P3码和P4码是几种典 型的多相码信号，它们都是由线性调频信号导出的多相码信号。P(n，k)码信号是由非线性 调频信号导出的多相码信号，与由线性调频信号导出的多相码信号相比，P(n，k)码信号具 有更低的峰值旁瓣电平。
[0004] 现有的相位编码信号，在很多情况下，其峰值旁瓣电平仍然不满足实际的应用要 求，并且现有的相位编码信号的时宽带宽积等于相位编码信号的码元长度，相位编码信号 的带宽等于一个码元时宽的倒数。时宽固定的相位编码信号可以通过增加其码元长度来进 一步降低距离旁瓣。但是对于一个宽带雷达系统，其信号处理带宽是固定的，此时无法通过 简单的增加码元长度来降低距离旁瓣，目前还没有提出针对此问题的基于相位编码信号的 失配滤波器的设计方法。
【发明内容】
[0005] 针对上述已有方法的缺点，本发明的目的在于提出一种相位编码信号的失配滤波 器的优化方法，能够降低相位编码信号脉冲压缩后的距离旁瓣电平。
[0006] 实现本发明目的的技术思路是：给定高码率低距离分辨率的相位编码信号，在相 位编码信号的带宽不变的情况下，以信噪比损失为约束条件，以最小化该相位编码信号通 过失配滤波器输出的峰值旁瓣电平和逼近期望的主瓣形状为目标函数，优化得到实际需要 的失配滤波器。
[0007] 为达到上述目的，本发明实施例采用如下技术方案予以实现。
[0008] -种高码率低距离分辨率相位编码信号的失配滤波器优化方法，其特征在于，包 括以下步骤：
[0009] (1)确定相位编码信号S ;
[0010] (2)设定失配滤波器h的长度Nh，并根据所述相位编码信号S和失配滤波器h的 长度Nh，构建关于所述失配滤波器h的目标函数；
[0011] (3)构建关于所述失配滤波器h的目标函数的约束条件；
[0012] (4)根据所述目标函数的约束条件，求解所述失配滤波器h的目标函数；
[0013] (5)确定所述失配滤波器h。
[0014] 本发明技术方案的特点和进一步地改进为：
[0015] 步骤（1)具体包括以下子步骤：
[0016] (Ia)设定第一相位编码信号S1的码元长度N 1;
[0017] (Ib)根据所述第一相位编码S1的码元长度N1，确定所述相位编码信号s的码元长 度N s，其中，Ns= bXN i，b为相位编码信号s的码元长度的增加倍数，b取值为整数；
[0018] (Ic)设定所述相位编码信号s的主瓣宽度控制量M=fix(SXb)，δ是经验系 数，取值在（〇. 5~1. 0)的范围内，b为相位编码信号s的码元长度的增加倍数，b取值为整 数；
[0019] (Id)根据所述相位编码信号s的码元长度Ns，所述相位编码信号s的主瓣宽度控 制量M，构建关于所述相位编码信号s的目标函数和约束条件；
[0020] (Ie)根据所述目标函数和所述约束条件，求解所述相位编码信号s。
[0021] 步骤（2)具体包括以下子步骤：
[0022] (2a)相位编码信号s经过失配滤波器h后的脉冲压缩向量为P。，其中，
[0023] (2b)在相位编码信号s经过失配滤波器h后的脉冲压缩向量P。中，对各个距离 旁瓣分别取模值，得到距离旁瓣模值向量P :
[0026] (2c)在相位编码信号s经过失配滤波器h后的脉冲压缩向量P。中，输出的实际
[0028] (2d)确定相位编码信号s经过失配滤波器h后输出的期望主瓣b"，其中，期望的 主瓣可以为矩形，sine函数的主瓣，或者是未增加码元个数前的相位编码信号的主瓣。本 实例中所述期望主瓣b"的形状为所述第一相位编码信号的主瓣，将所述第一相位编码信号 S1的主瓣部分对应的函数值区间均匀地离散化为2 XM+1维的列向量，并将所述列向量作为 期望主瓣k的取值；
[0029] (2e)根据所述距离旁瓣模值向量P，所述实际主瓣Bni和所述期望主瓣b "，构建目 标函数
[0030] 步骤（3)具体包括以下子步骤：
[0031] (3a)将相位编码信号s首尾对称补零，扩展成长度为\的相位编码信号§,
[0032]
[0033] (3b)由长度为\的相位编码信号g上下翻转并取共辄得到匹配滤波器
[0034]
[0035] 其中，（·）*表示（·）的共辄。
[0036] (3c)根据所述失配滤波器h，所述匹配滤波器￥，得到关于所述失配滤波器h的目 标函数的约束条件为
[0037] 进一步地，步骤（Id)具体包括一下子步骤：
[0038] (a)计算相位编码信号s的第Ic1个距离旁瓣
[0039] 其中，移位kl = Μ+1，Μ+2,…，（Ns-I)，M为相位编码信号s的主瓣宽度控制量，Jw 为滑动矩阵，滑动矩阵Jkl的形式为：
[0041] 式中，（·）τ表示转置，0表示全零矩阵，I表示单位矩阵，0和I的下标表示矩阵的 维数；
[0042] (b)根据相位编码信号s的距离旁瓣P kl，得到距离旁瓣的峰值旁瓣电平PSLs， PSLs=max| P kl| ;根据距离旁瓣的峰值旁瓣电平PSLs，得到相位编码信号s的目标函数为： mPin PSLs，其中，p为相位编码信号s的相位向量；
[0043] (c)确定相位编码信号s的期望主瓣bn，其中，期望的主瓣可以为矩形，sine函数 的主瓣，或者是未增加码元个数前的相位编码信号的主瓣。本实例中所述期望主瓣b n的形 状为所述第一相位编码信号的主瓣，将所述第一相位编码信号S1的主瓣部分对应的函数值 区间均匀地离散化为2 XM+1维的列向量，取其中的第M个元素至第1个元素作为期望主瓣 1\的取值；
[0044] (d)根据所述期望主瓣bn，得到相位编码信号s的约束条件为：
[0047] 其中，bn(k2)表示期望主瓣bn的第k2个元素，J k2为滑动矩阵，移位k2 = 1，2,…， M，M为相位编码信号s的主瓣宽度控制量，p(k)表示相位向量p的第k个元素，k= 1，2,…， Ns，γ为常数，γ表示相位编码信号s的主瓣逼近期望主瓣bn的程度，取值为0. 01~0. 2。
[0048] 本发明与现有技术相比具有如下优点。本发明设计的失配滤波器在保证相位编码 信号带宽不变的同时，增加了相位编码信号码元长度，因此优化设计的过程中具有更大的 自由度，从而进一步降低了相位编码信号的距离旁瓣电平。
【附图说明】
[0049] 图1是本发明实施例提供的一种高码率低距离分辨率相位编码信号的失配滤波 器优化方法的流程示意图；
[0050] 图2是本发明实施例提供的失配滤波器对相位编码信号进行失配滤波后的主瓣 与相位编码信号进行匹配滤波后的主瓣对比示意图，横坐标表示相对延时，单位为us，纵坐 标表示幅度，单位为dB;
[0051] 图3是本发明实施例提供的失配滤波器对相位编码信号进行失配滤波后的结果 与相位编码信号进行匹配滤波后的结果对比示意图，横坐标表示相对延时，单位为us，纵坐 标表示幅度，单位为dB;
[0052] 图4是本发明实施例提供的失配滤波器对相位编码信号进行失配滤波后的主瓣 相位与相位编码信号进行匹配滤波后的主瓣相位的对比示意图，横坐标表示相对延时，单 位为us，纵坐标表示相位，单位为度。
【具体实施方式】
[0053] 参照图1，本发明的实现步骤如下。
[0054] 步骤1，确定相位编码信号s。
[0055] 确定相位编码信号s具体包括以下子步骤：
[0056] (Ia)设定第一相位编码信号S1的码元长度N 1<3
[0057]