一种正交的多相编码调频信号的生成方法

本发明涉及雷达发射信号波形设计、信号处理及优化技术，涉及一种正交的多相编码调频(pcfm)信号的生成方法。

背景技术：

1、合成孔径雷达(synthetic aperture radar，sar)是一种重要的对地观测手段，能够全天时，全天候，全球对地观测，应用广泛。由于天线旁瓣和脉冲发射体制，sar系统将不可避免地存在距离模糊问题，该模糊会使雷达图像质量下降。相关技术中交替发射方案通过发射低互相关能量的正交波形来抑制距离模糊，相比于其他模糊抑制方案，该方案几乎不需要付出额外的系统成本而备受关注。其核心是如何设计具有低互相关能量的同频带正交信号。

2、目前传统的正交信号，如正负调频信号，该信号的抑制效果只局限于点目标，对分布式目标抑制效果极差。这是因为正负调频信号实质上是将互相关能量打散到整个时域，其本身的能量并没有消失。此外，作为改进，研究者提出了正交频分复用ofdm-chirp信号，该信号继承了线性调频信号的良好的多普勒特性，然而由于子脉冲间的调制因素，导致该信号存在着周期性的栅瓣，无法降低信号的互相关能量。

3、与上述信号相比，pcfm信号将调频波形的物理可实现特性与相位码的参数化结构相结合，使其能够通过优化底层码来改变信号的时频关系，从而使得互相关能量降低，具有极大的设计自由度。综上所述，亟需通过设计和优化pcfm信号，使其最大程度的降低互相关能量，从而有效抑制距离模糊。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种正交的多相编码调频信号的生成方法，生成的pcfm信号具有较低的互相关能量。

2、为达到上述目的，本发明的技术方法如下：

3、一种正交的多相编码调频信号的生成方法，包括如下步骤：

4、步骤1、基于二阶码序列，构建多相编码调频信号的时频关系函数；

5、步骤2、基于所述时频关系函数，构建所述多相编码调频信号的时域函数；

6、步骤3、基于所述多相编码调频信号的性能参数，建立低互相关能量的优化模型；

7、步骤4、获取所述多相编码调频信号的初始化信号；

8、步骤5、基于所述优化模型，利用遗传算法对所述初始化信号进行优化，得到正交的多相编码调频信号。

9、进一步地，所述步骤1包括：

10、基于二阶码序列，构建所述多相编码调频信号的二阶码函数；

11、基于二阶码函数，构建所述多相编码调频信号的时频关系函数。

12、进一步地，所述步骤1包括：

13、将所述多相编码调频信号的时频关系坐标定义为(t,f)，其中t表示横坐标轴上对应的时间，f表示纵坐标轴上对应的所述多相编码调频信号的瞬时频率，信号的脉冲宽度为t，带宽为b；

14、根据二阶码序列，构建所述多相编码调频信号的二阶码函数χ(t)为：

15、

16、其中，an为第n个二阶码序列值，表示时变调频率，即：a＝[a1,a2,...,an]，n为二阶码序列的个数；tp＝t/n，表示为每段的脉冲宽度；g(t)为定义在区间[0,tp]上的矩形成型滤波器；

17、根据二阶码函数，构建所述多相编码调频信号的时频关系函数f(t)为：

18、f(t)＝∫χ(t′)dt′+ω0

19、其中，t′是积分变量，ω0为多相编码调频信号的初始频率。

20、进一步地，所述步骤2包括：

21、基于所述时频关系函数，构建所述多相编码调频信号的相位函数；

22、基于所述相位函数，构建所述多相编码调频信号的时域函数。

23、进一步地，所述步骤2包括：

24、根据所述时频关系函数，构建所述多相编码调频信号的相位函数θ(t)为：

25、θ(t)＝∫f(t)dt+θ0

26、其中，θ0为多相编码调频信号的初始相位；

27、根据所述相位函数构建幅度为a的多相编码调频信号的时域函数：

28、s(t)＝aexp{jθ(t)}

29、其中，j为该时域模型的虚部，exp{·}为指数函数。

30、进一步地，所述步骤3包括：

31、基于所述多相编码调频信号的性能确定性能参数，所述性能参数包括峰值旁瓣比pslr和互相关能量cce；

32、基于所述性能参数，确定所述多相编码调频信号的低互相关能量的优化模型。

33、进一步地，所述步骤3包括：

34、峰值旁瓣比pslr为：单位为db；

35、所述互相关能量cce为：

36、cce(s1s2)＝∫|s1(f)|2|s2(f)|2df

37、其中，cce为所述多相编码调频信号的互相关能量，s1(f)对应多相编码调频信号s1(t)的频谱，s2(f)对应多相编码调频信号s2(t)的频谱，f为所述多相编码调频信号的瞬时频率；

38、优化模型为：

39、其中

40、其中，和分别表示为多相编码调频信号s1(t)和s2(t)的峰值旁瓣比，c和d分别为s1(t)和s2(t)的峰值旁瓣比的约束值。

41、进一步地，所述步骤4包括：

42、将二阶码序列设置为等量，即令此时多相编码调频信号s1(t)为线性调频信号；

43、使用遗传算法对多相编码调频信号s1(t)的峰值旁瓣比进行优化，得到初始化的多相编码调频信号s1(t)；

44、将s1(t)的时频关系函数f1(t)取负值后得到另一个初始化的多相编码调频信号s2(t)的时频关系函数f2(t)，即：f2(t)＝-f1(t)。

45、进一步地，所述步骤5包括：

46、根据所述多相编码调频信号的时域函数和优化模型，利用遗传算法对获取的初始化信号进行优化处理，直到所述遗传算法收敛为止。

47、有益效果：

48、本发明通过发射低互相关能量的正交波形来抑制距离模糊，相比于其他模糊抑制方案，该方案几乎不需要付出额外的系统成本而备受关注。

技术特征：

1.一种正交的多相编码调频信号的生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种正交的多相编码调频信号的生成方法，其特征在于，所述步骤1包括：

3.根据权利要求1所述的一种正交的多相编码调频信号的生成方法，其特征在于，所述步骤1包括：

4.根据权利要求3所述的一种正交的多相编码调频信号的生成方法，其特征在于，所述步骤2包括：

5.根据权利要求3所述的一种正交的多相编码调频信号的生成方法，其特征在于，所述步骤2包括：

6.根据权利要求5所述的一种正交的多相编码调频信号的生成方法，其特征在于，所述步骤3包括：

7.根据权利要求5所述的一种正交的多相编码调频信号的生成方法，其特征在于，所述步骤3包括：

8.根据权利要求7所述的一种正交的多相编码调频信号的生成方法，其特征在于，所述步骤4包括：

9.根据权利要求8所述的一种正交的多相编码调频信号的生成方法，其特征在于，所述步骤5包括：

技术总结
本发明公开了一种正交的多相编码调频信号的生成方法，该方法包括：基于二阶码序列，构建所述多相编码调频信号的时频关系函数；基于所述时频关系函数，构建所述多相编码调频信号的时域函数；基于所述多相编码调频信号对应的相关性能参数，建立优化模型，模型为低互相关能量的优化模型；获取所述多相编码调频信号的初始化信号；基于所述优化模型，利用遗传算法对所述初始化信号进行优化，得到正交的多相编码调频信号。本发明可以得到具有低互相关能量的正交的多相编码调频信号，降低SAR图像的模糊能量。

技术研发人员：魏甜甜,张永伟,王宇,金国栋,南一江,杨天园
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15