专利名称：一种mimo-oth雷达波形的生成方法
技术领域：
本发明雷达通信技术领域，特别涉及一种基于最优发射信号的能量谱(ESD)来生成MMO-OTH雷达系统的发射波形的方法。
背景技术：
多输入多输出(MIMO)技术是一种综合利用多种分集的通信技术，其使用多个收发天线实现无线环境下的高速可靠通信。MIMO雷达相对于传统相控阵雷达的好处包括可以发射任意波形、为雷达系统的设计提供更多的自由度等等。MIMO雷达的波形设计一般是以提高系统的某个性能为目标来优化发射波形，例如以提高目标的检测、估计、分类识别等性能或波束赋形等能力为目标。
超视距雷达(Over-The-Horizon) —般工作在短波波段，而短波一般是难以穿过电离层的，往往碰到电离层，就会折回地面，遇到目标时，经散射后的一部分能量返回，且被设在同一处或相隔不远的接收机所接收。这种利用折射效应观测视距以外目标的雷达，常称为天波超视距雷达。由于天波超视距雷达工作的频段电磁环境十分恶劣，目前系统的信号带宽大都工作在数十KHz范围内，这使得天波超视距雷达系统的距离分辨力很差，由于距离单元过大，接收信号杂波功率很强，导致目标(特别是慢速目标)检测困难。近年来的MIMO雷达理论研究表明，正交信号MMO雷达在空域处理、速度分辨及慢速目标检测等方面优势明显，由于天波超视距雷达在瞬时频谱利用、波长、阵列形式、体制(连续波体制)等方面与普通的MIMO雷达差异较大，因此需要结合天波超视距雷达的具体特点和应用场景，研究适用于MMO天波超视距(MMO-OTH)雷达的波形，通过优化波形的设计来提高MMO-OTH雷达的检测性能。分置天线MMO雷达的波形设计常采用的准则有模糊函数、NP准则、互信息量。对于模糊函数，可采用遗传算法(GA)等求解。然而以上目标函数很难解析求解，进而得到闭合表达式。对于MMO雷达，常用的发射信号有正交的线性调频矩形脉冲信号(OFDM LFM)、正交多相编码信号、正交离散频率编码信号(DFCW)。同时，也常先得到最优发射信号的能量谱(ESD)，进而采用Durbin算法，可以得到发射信号的时域波形。
发明内容
本发明的发明目的在于提供了一种适用于MMO-OTH雷达的基于最优发射信号的能量谱(ESD)生成发射波形的方法，以提高MMO-OTH雷达的检测性能。本发明的MMO-OTH雷达波形的生成方法，包括下列步骤步骤SI 确定雷达工作的可用频带范围集合[Jll又,仄}，用Fi表示第i根发射天线的频率
WW
范围，F1 ^ Sm{F}，其中m=l，…，M，所述F表示可用频带范围，且-■—<F<—，所述i=l，…，T ；对于T根发射天线均有-.Fk 二 — i + M/·’，其中AF=W/N，所述N为大于等于WTt的
整数，其中W表示基带频谱宽度，Tt表示观测时间长度；用€表示第i根发射天线的第k个发射频率点，其中k = 0，1，…，N;测定从第i根发射天线到第j根接收天线路径上的噪声功率谱密度&^巧)、杂波功率谱密度pA,,(K)、目标反射方差σ，目标响应确定部分Gu(Fk),所述j = 1，-,R；步骤S2:将4的能量均分为P份，每份能量用Λ表示，其中E表示总能量；每次对Λ单位· Ar
能量进行分配，直到第P份△单位能量被分配完成，得到最优波形的能量谱密度；第P次分配Λ单位能量的方式为在T根发射天线，每根发射天线对应M个可用频带范围F中，比较出最大边际收益所对应的，则对于第α根发射天线，在频率范围[Fk，Fk+AF]上均被分配Λ单位能量；所述边际收益为分配判断函数Uei (Fk) = (η+1) Λ ,FkHPUei(Fk) = η Δ , Fk)的差，其中，所述ηΛ表示Ui(k)在第p-1次分配后，累计分配的能量，其中n e {0,1,-，p-1}, p=l,…，P ； 所述分配判断函数
权利要求
1.一种MIMO-OTH雷达波形的生成方法，其特征在于，包括下列步骤 步骤SI 确定雷达工作的可用频带范围集合
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，在进行第P次分配△单位能量时，若ε a(Fk)不等于0，则对于所述发射频率点Fk，仅在第a根发射天线能被分配到Δ单位能量，其它发射天线上不分配能量。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤SI中，确定雷达工作的可用频带范围集合[Χ 俱体为 根据检测的电离层参数、观测区域，基于雷达目标地面距离5,计算多个发射信号频率f，得到可用频带范围集合UlUF}，所述目标地面距离D的计算公式为
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，计算多个发射信号频率f后，再结合雷达工作频带限制得到可用频带范围集合Ul Srn{F}
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，在进行第P次分配Λ单位能量时，若ε a(Fk)不等于0，则对于所述发射频率点Fk，对于所述第a根发射天线，若Fk a e Sm {F}，则对所有{F}，均有ε a (F，k) = O的约束条件。
6.如权利要求1、2、4或5所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，将发射信号的能量谱密度进行逆傅立叶变换得到自相关函数，将所述自相关函数用于Levinson算法中得到针对一个高阶的自回归模型的参数，将所述高阶的自回归模型的参数代入Yule-Walker方程得到滑动平均模型的参数，所述滑动平均模型的参数即为发射信号的时域波形。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中，将发射信号的能量谱密度进行逆傅立叶变换得到自相关函数，将所述自相关函数用于Levinson算法中得到针对一个高阶的自回归模型的参数，将所述高阶的自回归模型的参数代入Yule-Walker方程得到滑动平均模型的参数，所述滑动平均模型的参数即为发射信号的时域波形。
8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤SI中，WTt大于16。
全文摘要
本发明公开了一种MIMO-OTH雷达波形的生成方法，属于雷达通信技术领域，特别涉及一种基于最优发射信号的能量谱(ESD)来生成MIMO-OTH雷达系统的发射波形的方法。本发明针对MIMO-OTH雷达在噪声以及信号依赖的杂波背景下，在电离层对MIMO-OTH雷达工作频带约束以及总发射能量受限的约束情况下，给出了以最大化J分离度为准则来生成优化波形，采用最大边际收益分配(MMA)算法可以快速有效地得到正交发射波形的能量谱密度，进而获得MIMO-OTH雷达系统发射信号的波形序列，本发明的波形生成的运算复杂度低，发射信号对目标的检测性能高。
文档编号G01S7/282GK103018721SQ20121052928
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者何茜, 骆恒, 何子述, 汪霜玲, 李晓东 申请人:电子科技大学