专利名称：基于空时联合优化的mimo雷达波形合成方法
技术领域：
本发明属于雷达技术领域，涉及雷达波形的合成，可用于MIMO雷达在目标探测和跟踪阶段的波形设计，以满足工程所需性能。
背景技术：
多输入多输出MMO雷达是一种新兴的有源探测技术，现已成为雷达技术领域的一个研究热点。根据天线的布置方式，可以将MMO雷达分为分布式MMO雷达和集中式MMO雷达两类。其中集中式MIMO雷达的特点是阵元间距较小，具有自由地设计每副天线波形的能力，即波形分集。与相控阵雷达相比，集中式MMO雷达的自由度提高了，这使得MMO雷达具有更多的优越性，如更好的参量辨别能力、更灵活的发射方向图设计能力等。目前，MMO雷达的波形设计主要包括正交波形设计、特定发射方向图的波形设计等方面。其中，正交波形设计主要针对目标的探测；特定发射方向图的波形设计主要针对目标的跟踪，解决雷达系统的空间能量分配问题。对于正交波形设计，目前主要基于阵元间信号的正交性对发射波形进行设计，如[Deng H. . Polyphase Code Design for Orthogonal Netted Radar Systems.1EEE Trans,on Signal Processing. 2004, Vol. 52 (11) · 3126-3135.]。采用此类方式设计的波形虽然可以保证阵元间信号具有较好的正交性，但空间合成信号的脉压特性较差，不利于弱目标检测。对于特定发射方向图的波形设计，目前的方法主要包括两步信号相关矩阵优化与发射波形综合。其中信号相关矩阵优化，在国际刊物上发表的较为有效的方法是Stoica Petre和 Li Jian 提出的半正定规划法(Sem1-defined programming, SDP),见[Stoica P. , LiJ. , XieY. . On probing signal design for MIMO radar.1EEE Trans, on Signal Processing. 2007, Vol. 55 (8). 4151-4161]，该方法根据给定的发射方向图在最小均方误差准则下，得到全局最优的信号相关矩阵。对于发射波形综合，目前有效的方法是循环算法(CyclicAlgorithm,CA),见[Stoica P.,Li J. , ZhuX. . Waveform Synthesis for Diversity-BasedTransmit Beampattern Design.1EEE Trans, on Signal Processing. 2008, Vol. 56(6). 2593-2598]。该算法在满足信号是恒模的情况下，侧重考虑发射方向图的逼近问题，而没有考虑“空间合成信号”或者“回波信号”的相关特性。实际中，对于雷达系统，不仅希望发射信号具有恒模特性，而且应该具有以下特性I)发射信号波形应具有期望的空间功率分布，即所形成的发射方向图要逼近期望的发射方向图。2)空间合成信号或者回波信号具有较好的脉压特性，即回波信号的时域自相关峰值旁瓣电平要低。上述已有的波形设计方法仅仅保证了发射波形的空间功率分布，而没有考虑空间合成信号或者回波信号的自相关特性，可能导致脉压后的信号具有较高的峰值旁瓣电平，不利于弱目标检测。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于空时联合优化的MMO雷达波形合成方法，以保证波形能够逼近期望方向图，并提高回波信号的时域自相关特性，进而提闻后续的目标检测性能。为实现上述目的，本发明的MMO雷达波形合成方法，包括如下步骤(I)确定发射波形的相关矩阵R，其中R为M维的Hermitian半正定矩阵，M表示发射阵元个数；(2)随机产生LXM维的初始恒模波形矩阵X°，其中L表示发射信号的码长；(3)确定感兴趣的观测方位角{ ,匕，即自相关特性需要提高的方位角，其中I表示感兴趣的观测方位角总个数；(4)根据相关矩阵R，初始恒模波形矩阵X°，设计维数为LXM的相位矩阵Φ (4a)建立相位矩阵Φ的如下优化模型
权利要求
1.一种基于空时联合优化的MIMO雷达波形合成方法，包括如下步骤 (1)确定发射波形的相关矩阵R，其中R为M维的Hermitian半正定矩阵，M表示发射阵元个数； (2)随机产生LXM维的初始恒模波形矩阵Χ°，其中L表示发射信号的码长； (3)确定感兴趣的观测方位角，即自相关特性需要提高的方位角，其中I表示感兴趣的观测方位角总个数； (4)根据相关矩阵R，初始恒模波形矩阵Χ°，设计维数为LXM的相位矩阵Φ: (4a)建立相位矩阵Φ的如下优化模型
2.根据权利要求1所述的MIMO雷达波形合成方法，其中步骤(I)所述的确定发射波形的相关矩阵R，包括两种方式 第一种，针对正交波形设计，发射波形的相关矩阵确定为R=IM，其中Im表示M维的单位阵； 第二种，针对特定发射方向图的波形设计，采用发射方向图匹配模型设计发射波形的相关矩阵R。
3.根据权利要求1所述的MIMO雷达波形合成方法，其中步骤(3)所述的确定感兴趣的观测方位角，是根据不同的波形进行如下设定 (3a)对于正交波形，设定感兴趣的观测方位角为
全文摘要
本发明公开了一种基于空时联合优化的MIMO波形合成方法，主要解决现有方法在保证发射波形的空间功率分布情况下，空域合成信号的自相关特性较差的问题。其实现过程是根据实际需要，确定发射波形的相关矩阵；产生初始恒模波形矩阵；确定感兴趣的观测方位角，即自相特性需要提高的方位角；利用序列二次规划设计恒模波形的相位矩阵；根据相位矩阵合成恒模波形矩阵。本发明在波形设计时考虑了发射波形的空域特性与特定方向信号的时域自相关特性，所合成的波形具有期望的空间功率分布，且在感兴趣方向上具有较好的时域自相关特性，可用于MIMO雷达在目标探测及跟踪阶段的波形设计。
文档编号G01S7/42GK103018732SQ20131001747
公开日2013年4月3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, 周生华, 王旭, 戴奉周, 纠博 申请人:西安电子科技大学