基于ofdm的相干mimo雷达正交波形设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种雷达正交波形设计方法，更具体地说，设及一种基于(FDM的相干 MIM0雷达正交波形设计方法。
【背景技术】
[0002] 随着雷达技术的发展和对其功能要求的提高，传统SIS0 (Single-Input Single-Ou化ut)雷达的性能瓶颈逐步凸显。新体制的MIM0雷达与其相比，具有较好的距离 和多普勒分辨率，提高了系统自由度，可W对抗目标的横截面积闪烁等优点。MIM0雷达的性 能与其发射的波形具有十分密切的关系。相干MIM0雷达要求发射波形之间相互正交，从而 获得宽波束低增益波形。在接收端，回波信号能够被彻底分开而不会产生相互干扰。因此， 正交波形的设计已经成为了本领域内的一个研究热点。
[0003] 目前，比较常见的设计正交波形的方法主要有；基于雷达的模糊函数公式，求满足 一定优化条件下的波形；或者是利用LFM(Linear化equncyMo化lation)信号的频率斜率 进行变化，产生一组大时宽-带宽积的信号，或是W最小化优化均方误差估计和最大化互 信息为准则推导出满足该条件的信号。然而W上的几种方法仍存在着W下几个方面的不 足；1，产生信号的算法比较复杂，无论是基于模糊函数还是基于约束条件，都需要较多的数 学推导，工作量较大，在工程上实现也比较复杂；2,产生的信号的正交性实质上是在一定条 件下才可W满足，只能称为准正交信号；当不满足条件时，正交性容易被破坏，从而导致雷 达整体性能下降。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种基于(FDM的相干MIM0 雷达正交波形设计方法。该方法是利用随机函数，对(FDM信号进行分解，从而产生出若干 个相互正交的波形。具体来说，首先对随机产生的基带序列进行串并变换和极性变换；接着 利用QPSK对该序列进行极性调制，然后根据随机函数对调制后的序列进行随机抽取，得到 若干组数据；最后分别对该几组数据进行IFFT(InverseFourierTransform,快速傅里叶 逆变换），从而得到一组相互正交的波形，称为SI-〇FDM(StochasticInterleavedOFDM)信 号。
[0005] 为了实现上述发明目的，解决现有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案 是：一种基于0抑M的相干MIM0雷达正交波形设计方法，包括W下步骤：
[0006] 步骤1、(FDM信号数学模型的建立；常见的(FDM信号可W表示为，
[0007]
【主权项】
1. 一种基于OFDM的相干MMO雷达正交波形设计方法，其特征在于包括以下步骤： 步骤UOFDM信号数学模型的建立：常见的OFDM信号可以表示为，
式（1)中，d[n]表示基带数字序列受到调制后的序列，由于这里OFDM信号不作为通 信信号使用，基带数字序列是随机产生的，因而d[n]包含的是随机相位信息，该序列共有N 个，η表示下标，取值范围是：n = 1、2、.. .N，Af表示子载波的频率间隔，为保证子载波间 的正交性，需要满足T = 1/Λ f，其中，T表示一个OFDM信号的码元长度； 步骤2、产生随机基带序列：利用随机函数f (n) = rand(0, 1)，产生一个由0和1构 成的随机基带序列，总个数为2N，标记为x{m}，m是随机基带序列的下标，取值范围是 {1，2, · ·，2N}; 步骤3、对随机基带序列进行极性变换：对由0和1随机构成的基带序列进行极性变 换，对应的，0变为1，1变为-1，即X' {m} = 1-2 · X{m}，X' {m}是变换后的随机基带序列； 步骤4、对变换后的随机基带序列进行QPSK调制：对X' {m}中数据，两两分为一组 进行QPSK调制，调制后共有四种结果{1+j，I-j，-1+j，-I-j}，分别与四种不同的相位
-一对应，对调制后随机基带序列的幅度值进行归一化后，可以表示为 d[n]，包含有N个相位信息，即n = 1、2、...N; 步骤5、构建随机抽取函数：假设需要产生M个相互正交的波形组，则需要抽取产生M 组子序列，并且为保证各个波形组具有相同的子载波个数，需要满足k = N/M，其中，k为 正整数，它表示每个子序列包含的元素个数，N为原OFDM信号中的总子载波个数，随机抽 取函数需要满足一下几个条件：1，函数每次都是随机产生一个正整数的下标η'，其范围应 是在：1彡η'彡N ;2,第i组子序列Ci中的每个值都是不重复的，而且根据之前的约束条 件，每个子序列的元素个数应该都是相等的；3,所有的子序列应该满足以下两个约束条件： =0，C 1U C2... U Cm= d[n];其中，Ci表示随机函数抽取得到的第i个 调制码元序列，它对应第i个正交波形的调制序列，其中，下标i的取值范围是= {1、 2、... Μ}，该条件表明，所有的子集没有任何交集，且所有子集的并集是调制后随机基带序 列d[n]，随机抽取函数对d[n]的抽取过程包括一下几个子步骤： 子步骤（a)、初始化：令计数器count = 0,产生一个空的矩阵Ci; 子步骤（b)、随机函数rand (1，N)概率产生[1，N]之间的一个任意数X ; 子步骤（c)、判断新产生的数X是否与本集合之前产生数和其他已经生成的集合中的 所有元素是否重合，若X = X'，其中X' e (C1U C2... U C^1U Ci),则回到子步骤（b)，否 贝1J，继续子步骤（d); 子步骤（d)、将产生的数存储到序列Ci中，计数器count加1 ; 子步骤（e)、判断计数器是否小于k，若不满足，表示序列长度已达到k，(^产生完毕，退 出；否则，继续子步骤（b); 步骤6、对Ci利用冒泡法按从小到大的顺序进行排列：由于C 1是无序的随机数，因此， 对(；利用冒泡法按从小到大的顺序进行排列，形成有序的C/ ; 步骤7、各个序列补零：对步骤6产生的序列进行补零，从而使序列长度达到N，由于原 来长度为k，因此需要补零个数为（M-I) k，以第i个序列为例，补零过程包括一下几个子步 骤： 子步骤（a)、产生长度为N，值均为O的零序列Di [η]; 子步骤（b)、遍历C/中的数据，取出下标值，假设j = l、2、...k，C/ [j]即是原始序列 d [η]的下标，也是对应新序列的下标Di [η]; 子步骤（c)、对应位置赋值々DJC/ [j]] = d[(V [j]]，则新的调制序列与d[n]在相 同的下标出具有相同的值，而在没有被包含进C/的其他下标对应的序列值都用零补上； 步骤8、利用步骤2-7产生的新的调制序列分别进行IFFT :利用步骤2-7产生的新的调 制序列分别进行IFFT，从而产生各个正交信号，对于第i个信号，其数学表达式为：
式（2)中，ε表示任意的正整数，由于新产生的信号是对原OFDM信号的调制码元进 行随机抽取，从而导致新信号中，相邻子载波频率间隔是个不确定的值，但可以明确的是， ε的值是个大于等于1的正整数，它等于在新信号中相邻的两个子载波的距离，即ε = C/ [n，]-CV [η，-1]。
【专利摘要】本发明涉及一种雷达正交波形设计方法，一种基于OFDM的相干MIMO雷达正交波形设计方法，包括以下步骤：1、OFDM信号数学模型的建立，2、产生随机基带序列，3、对随机基带序列进行极性变换，4、对变换后的随机基带序列进行QPSK调制，5、构建随机抽取函数，6、对Ci利用冒泡法按从小到大的顺序进行排列，7、各个序列补零，8、利用步骤2-7产生的新的调制序列分别进行IFFT。本发明以原来通信中的OFDM信号为基础，通过构造随机函数，对OFDM信号的子载波进行随机抽取，从而获得若干组调制码元序列，然后利用离散时间快速傅里叶逆变换获得最终的SI-OFDM信号。本发明采用的方法简单明了，而且利用了IFFT，生成信号容易，更贴近工程实践。
【IPC分类】H04L27-34, H04L27-26
【公开号】CN104836768
【申请号】CN201510191862
【发明人】王宗博, 林智斌
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月21日