专利名称：基于先验信息的mimo雷达发射方向图设计方法
技术领域：
本发明属于雷达技术领域，涉及雷达发射方向图设计，可用于MIMO雷达在非均匀杂波环境下的发射方向图设计。
背景技术：
多输入多输出雷达是一种新体制雷达，其特点是具有多个发射和接收天线，并且各发射天线可以发射不同信号。根据天线的布置方式，MMO雷达可分为分布式MMO雷达和集中式MMO雷达。对于集中式MMO雷达，其特点是天线间距较小，与相控阵雷达类似。但由于MMO雷达具有波形分集的优势，相比相控阵雷达，它可以获得更高的角度分辨率，更好的参数辨别能力、抗截获能力和杂波抑制能力。传统雷达通常采用固定的发射波形，它对环境的自适应主要体现在接收端的自适应信号处理，即根据对杂波和干扰的特性估计，调整滤波器的参数，实现对环境的自适应，这是一种被动的自适应方式，在复杂环境下很难获得最优的性能。与传统雷达相比，认知雷达采用一种主动地自适应方式，可以充分利用雷达系统对环境的感知信息，最大程度的挖掘系统的自由度，从发射端即开始进行针对性的调整，主动地改变其工作模式、发射波形和信号处理方式，有望显著地提升系统的性能。另一方面，MIMO体制由于具有更高的发射自由度，为认知雷达提供了很好的实现平台。目前，杂波背景下的自适应发射波形设计，多未考虑发射波形的恒模约束；并且主要基于杂波的距离维分布特性，没有充分考虑杂波的空域分布特性，无法有效地对较强的旁瓣杂波进行抑制。而现有的MIMO雷达和相控阵雷达发射方向图设计主要考虑主瓣保形、最小化积分或峰值旁瓣等准则。这些准则对于杂波的抑制是基于杂波在空间上是均匀分布或者近似均匀分布。但实际中，杂波在空间上多为非均匀的，在这种情况下，采用最小化积分或峰值旁瓣等准则所设计的方向图，往往导致回波中包含有较强的杂波，尤其是在旁瓣区域存在非均匀杂波的场景中。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于先验信息的MIMO雷达发射方向图设计方法，以最大化接收阵列中的回波信杂噪比，提高后续的目标检测及跟踪性能。为实现上述目的，本发明的MMO雷达发射方向图设计方法，包括如下步骤(I)MIMO雷达发射码长为L的正交波形，得到正交波形的回波数据；根据回波数据，计算正交波形回波的相关矩阵ROTth，其中Rtjrth为M维的Hermitian半正定矩阵，M表示MIMO雷达的收发共置天线的个数；(2)根据正交波形回波相关矩阵ROTth、已估计的目标方向辑丨L和目标强度{Afe信息，建立如下数学模型，并采用半正定松弛的方式对该数学模型进行求解，得到发射波形相关矩阵R
权利要求
1.一种基于先验信息的MIMO雷达发射方向图设计方法，包括如下步骤: (1)MIMO雷达发射码长为L的正交波形，得到正交波形的回波数据；根据回波数据，计算正交波形回波的相关矩阵Rt5rth，其中Rt5rth为M维的Hermitian半正定矩阵，M表示MMO雷达的收发共置天线的个数； (2)根据正交波形回波相关矩阵ROTth、已估计的目标方向{4丨^和目标强度丨爲}1信息，建立如下数学模型，并采用半正定松弛的方式对该数学模型进行求解，得到发射波形相关矩阵R:
2.根据权利要求1所述的MIMO雷达发射方向图设计方法，其中步骤(I)所述的根据回波数据，计算正交波形回波的相关矩阵ROTth，按照下式进行: Rorth=YYa/(N+L-1) 其中Y表示维数为MX(L+N-1)的回波数据，N表示感兴趣距离单元的个数，(.)Η表示共轭转置。
3.根据权利要求1所述的MIMO雷达发射方向图设计方法，其中步骤(2)所述的采用半正定松弛的方式对该数学模型进行求解，得到发射波形相关矩阵R，按如下步骤进行: (2.a)采用凸优化工具包CVX求解如下凸规划模型，得到松弛的相关矩阵Λ: m_in R)
4.根据权利要求1所述的MIMO雷达发射方向图设计方法，其中步骤(4)所述的根据正交波形回波的相关矩阵Rtjrth和初始波形X ，采用最大化信杂噪比准则设计发射波形，按照如下步骤进行: (4a)初始化杂信比上限tmax、杂信比下限tmin、终止阈值ε和权重wk, k=l,…，K;以初始波形Xa作为第O次的波形X(°)，即X(°)=XeA，令迭代次数i = I ; (4b)以第1-Ι次迭代的波形Χ(η)为初始解，采用共轭梯度算法求解如下模型:
全文摘要
本发明公开了一种基于先验信息的MIMO雷达方向图设计方法，主要解决现有方法无法有效地对较强的非均匀旁瓣杂波进行抑制的问题。其实现过程是发射正交波形，根据接收到的感兴趣距离单元的回波数据，求得正交波形回波的相关矩阵；根据正交波形回波相关矩阵、已估计的目标方向与强度，对发射波形相关矩阵进行优化；根据发射波形相关矩阵，采用CA算法设计初始波形；利用正交波形回波的相关矩阵和初始波形，采用最大化信杂噪比准则设计发射波形。本发明基于正交波形对杂波环境的感知自适应地对较强的旁瓣杂波进行抑制，可用于MIMO雷达在非均匀杂波环境下的发射方向图设计。
文档编号G01S7/02GK103076596SQ20131001627
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月17日 优先权日2013年1月17日
发明者刘宏伟, 纠博, 王旭, 王英华, 周生华 申请人:西安电子科技大学