一种基于收发联合设计的宽带雷达目标能量积累方法

本发明属于信号处理，具体涉及一种基于收发联合设计的宽带雷达目标能量积累方法。

背景技术：

1、随着现代信号截获等电子对抗技术的大力发展，电子对抗强度不断提高。现有雷达发射的简单重复波形，易被对抗方干扰机截获、分选和识别，常常面临着灵巧欺骗和大功率压制干扰，导致雷达探测威力急剧下降。大时宽带宽波形是一种典型的低截获信号，该波形将能量平铺在大时间和大带宽尺度内，具备良好的低截获能力。但是，大时宽带宽波形一般通过线性调频实现，其具有明显的时频分选识别特征，且高距离分辨率导致目标分裂为多个散射点从而难以被有效检测。

2、现有的宽带波形设计技术均依赖于目标的先验知识。文献“radar constant-modulus waveform design with prior information of the extended target andclutter.sensors，2016”针对距离扩展目标检测问题提出了一种依赖先验知识的恒模波形设计方法。文献“宽带认知雷达低峰均比波形快速设计算法.航空学报，2016.”为了提高宽带认知雷达系统对距离扩展目标的检测性能提出了一种低峰均比波形快速设计算法，但其设计方法对需要依赖于目标的冲激响应，仍无法摆脱目标先验信息的依赖，应用范围仅限认知雷达。上述宽带波形设计方法均强依赖于相应先验知识，当先验知识不准确或者缺失时其优化波形性能急剧下降。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于收发联合设计的宽带雷达目标能量积累方法，通过设计宽带雷达的发射波形与接收时的失配滤波器，达到降低宽带雷达信号的距离分辨率，将距离扩展目标的能量集中，从而在保证雷达发射信号的低截获性能的同时兼顾目标检测能力。

2、本发明的技术方案为：一种基于收发联合设计的宽带雷达目标能量积累方法，具体步骤如下：

3、s1、获取雷达发射信号以及对应的失配滤波器的设计要求；

4、s2、设计宽带雷达波形优化问题目标函数；

5、s3、基于步骤s2，建立宽带雷达波形约束模型和优化问题模型；

6、s4、利用mm算法求解优化问题，输出优化结果。

7、进一步地，所述步骤s1具体如下：

8、设定一个带宽为b时宽为τ的宽带信号为s(t)，t表示时间；长度为n的雷达发射信号离散形式为长度为的失配滤波器

9、其中，(·)t表示转置操作符，表示复数域，sn、分别表示s与w的第n个和第个元素，且

10、进一步地，所述步骤s2具体如下：

11、s21、建立时域模板匹配误差函数：

12、时域模板匹配误差函数表示为：

13、

14、其中，σ表示求和运算符，(·)p表示求p次幂，|·|表示取模运算符，表示互相关函数模板的第k个元素，rk(s,w)表示s,w的互相关函数r(s,w)的第k个元素，具体如下：

15、

16、其中，(·)h表示共轭转置操作符，且表示实数域，in表示n阶单位矩阵，0表示大小合适的0矩阵；jk表示移位矩阵，具体如下：

17、

18、其中，jk(m,n)表示矩阵jk的第m行，第n列元素。

19、s22、建立频域模匹配误差函数；

20、频域模板匹配误差函数表示为：

21、

22、其中，yl(s)，zl分别表示过采样m倍的信号频谱序列y(s)，频谱模板频谱模板相位序列z的第l个元素，且l＝1,2,…,mn，z为引入的辅助变量。

23、y(s)具体表示为：

24、

25、其中，p矩阵为mn×n维矩阵，具体表示为：

26、

27、是一个傅里叶矩阵，fl表示矩阵f的第l列向量，具体如下：

28、

29、设定则可得：

30、

31、其中，

32、s23、确立优化问题目标函数；

33、由步骤s21与步骤s22可知优化问题目标函数可写作：

34、

35、其中，ξ表示频域时域权重系数，是一个提前预设的常数系数，且0＜ξ＜1。

36、进一步地，所述步骤s3具体如下：

37、选取基于相位优化的恒模序列，对雷达发射信号s进行恒模约束：

38、|si|＝1,i＝1,2,…n

39、其中，si表示发射信号的第i个元素。

40、将频谱模板相位序列z作为辅助变量，进行恒模约束：

41、|zl|＝1,l＝1,2,…,mn

42、然后对失配滤波器w进行功率约束：

43、

44、其中，||·||2表示取2-范数，表示开根运算符。

45、则建立优化问题模型如下：

46、

47、进一步地，所述步骤s4具体如下：

48、s41、将问题拆分为3个互相独立的子问题；

49、对s、w、z进行交替优化，在第(u+1)次迭代优化过程中的三个子问题分别为：

50、

51、

52、

53、其中，s(u)、w(u)、z(u)表示s、w、z第u次优化的结果，zl(u)表示z(u)优化结果的第l个元素。

54、s42、固定w(u)、z(u)，解问题求s(u+1)：

55、时域模板匹配部分可近似为：

56、

57、其中，

58、

59、

60、βk＝p|rkt|p-1-2αk|rkt|

61、

62、其中，(·)p表示求p次幂；λmax(aw)是矩阵aw的最大特征值；const表示预先设定的常数，x(u)＝ts(u)，(·)*表示转置运算符，in表示n阶单位矩阵，表示实数域。

63、则频域模板匹配部分可近似为：

64、

65、其中，z(u)l表示z第u次优化的结果的第l个元素，且：

66、d＝c+2(h-λmax(h)in)s

67、

68、

69、

70、δl＝p|ylt|p-1-2γl|ylt|

71、

72、其中，yl＝yl(s)，

73、将频域、时域模板匹配误差函数合并：

74、

75、则子问题可等效为：

76、

77、s.t.|si|＝1,i＝1,2,…,n

78、其中，g＝ξb+(1-ξ)d；则可得：

79、s＝ejarg(-g)

80、即为s(u+1)，其中，arg(·)表示计算相位。

81、s43、固定s(u+1)、z(u)，解子问题求w(u+1)；

82、子问题目标函数可近似为：

83、

84、其中，

85、

86、

87、

88、

89、其中，λmax(as)表示矩阵as的最大特征值。

90、则子问题可等效为：

91、

92、

93、可得：

94、

95、即为w(u+1)。

96、s44、固定s(u+1)、w(u+1)，解子问题求z(u+1)；

97、子问题的目标函数可近似为：

98、

99、其中，

100、

101、ρl＝p|zlt|p-1-2ηl|zlt|

102、其中，表示zl的共轭。

103、则子问题可写作：

104、

105、s.t.|zl|＝1,l＝1,2,…,mn

106、其中，

107、

108、则子问题可等价为：

109、

110、s.t.|zl|＝1,l＝1,2,…,mn

111、其中，

112、q＝[q1,q2,...,ql,...,qmn]h

113、可得：

114、z＝ejarg(-q)

115、即为z(u+1)。

116、最后，对步骤s4中三个子问题进行循环迭代求解，直到满足收敛条件||f(s(u+1),w(u+1),z(u+1))-f(s(u),w(u),z(u))||≤ε为止，输出优化结果s、w，发射宽带雷达信号，接收并处理雷达回波信号。

117、其中，ε表示预先设定的常数。

118、本发明的有益效果：本发明的方法首先通过获取雷达发射信号以及对应的失配滤波器的设计要求，设计宽带雷达波形优化问题目标函数，再建立宽带雷达波形约束模型和优化问题模型，最后利用mm算法求解优化问题，输出优化结果。本发明的方法将呈现多个散射点特性的距离扩展目标能量积累到一个包络内，提升处理后距离扩展目标的信噪比，所设计的信号为相位编码信号，由于其相位捷变特性相较于线性调频信号的连续相位能更有效的提升信号的抗分选能力，且能保证雷达发射信号的低截获性能的同时兼顾目标检测能力。