本技术涉及雷达波形设计，具体涉及一种基于双参数相位函数的nlfm波形设计方法及装置。
背景技术：
1、波形设计是雷达信号处理领域的重要研究内容，低旁瓣波形设计是雷达波形设计的重要研究方向，低旁瓣波形对于抑制来自邻近距离单元中的强杂波和强目标干扰能量来说具有重要意义。
2、传统的设计非线性调频（nlfm）波形的方法包括参数化频率调制法、参数化相位函数构造法以及基于频域窗函数的相位驻留法。参数化频率调制法比较直观、易实现，但高阶参数优化复杂，仅能满足简单nlfm的设计需求；基于频域窗函数的相位驻留法只能近似求解群延迟函数的反函数，因此得到的nlfm波形旁瓣较高；而参数化相位函数构造法灵活性强，可逼近全局最优，但关键在于如何构造性能良好的参数化相位函数。常用的参数化相位函数构造法有多项式相位编码和随机相位扰动等，前者在优化参数以平衡主瓣宽度与旁瓣电平方面存在困难，后者设计的nlfm波形的多普勒容忍性较低。
3、鉴于此，需要设计一种基于双参数相位函数的低旁瓣nlfm波形设计方法，能够较好的平衡主瓣宽度与旁瓣电平，在主瓣与旁瓣性能均优于已有方法且保持所设定信号带宽的同时，还具有较好的多普勒容忍性。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，针对低旁瓣nlfm波形设计问题，提供一种基于双参数相位函数构造法的低旁瓣nlfm波形设计方法，该方法能够较好的平衡主瓣宽度与旁瓣电平，在主瓣与旁瓣性能均优于已有方法且保持所设定信号带宽的同时，还具有较好的多普勒容忍性。
2、第一方面，本发明技术方案提供一种基于双参数相位函数的nlfm波形设计方法，包括如下步骤：
3、引入带宽控制参数和指数参数，构造基于二次函数的双参数相位函数；
4、以最小化最高旁瓣电平为目标同时约束主瓣宽度和信号带宽，设计优化函数；
5、基于优化函数，利用遗传算法对双参数相位函数中的带宽控制参数和指数参数进行寻优，得到最优参数组；
6、将最优参数组代入双参数相位函数，生成低旁瓣nlfm波形。
7、作为本发明技术方案的进一步限定，引入带宽控制参数和指数参数，构造基于二次函数的双参数相位函数的步骤中，双参数相位函数如下：
8、
9、式中，为带宽控制参数，为指数参数。
10、基于二次函数的双参数相位函数具体表达式，使该函数具有精确的数学定义，为后续基于此函数进行波形设计和性能分析提供了清晰的依据，保证了设计过程的准确性和一致性，有助于准确理解和应用该相位函数进行低旁瓣nlfm波形设计。
11、作为本发明技术方案的进一步限定，以最小化最高旁瓣电平为目标同时约束主瓣宽度和信号带宽，设计优化函数的步骤包括：
12、基于带宽控制参数和指数参数的初始值生成nlfm波形；
13、对生成的nlfm波形进行脉冲压缩，计算脉冲压缩结果的最高旁瓣电平和主瓣宽度；
14、对生成的nlfm波形进行fft变换，计算信号的实际带宽；
15、根据最高旁瓣电平、主瓣宽度和信号的实际带宽，设计优化函数。
16、通过先基于参数初始值生成波形，再进行脉冲压缩和fft 变换计算相关性能指标，最后根据这些指标设计优化函数，使优化函数的构建过程科学合理、可操作性强。这种基于实际波形性能指标构建优化函数的方式，能够确保优化函数切实反映波形的实际需求，从而更有效地指导参数寻优过程，提升波形设计的质量。
17、作为本发明技术方案的进一步限定，计算最高旁瓣电平和主瓣宽度的公式如下：
18、
19、其中表示主瓣峰值，区间为主瓣保护范围，；为最高旁瓣电平，为主瓣宽度，为脉冲压缩结果。
20、给出计算最高旁瓣电平和主瓣宽度的具体公式，使这两个关键性能指标的计算具有明确的标准和方法，避免了计算的模糊性和随意性。在波形设计过程中，基于这些精确的计算方法，能够更准确地评估波形性能，进而通过优化函数对参数进行调整，实现波形性能的精准优化。
21、作为本发明技术方案的进一步限定，对生成的nlfm波形进行fft变换，计算信号的实际带宽的步骤包括：
22、对nlfm波形进行fft变换，找到频谱峰值的位置；
23、从频谱峰值向两侧延伸，直到频谱功率下降到峰值的设定百分比处，得到两个点；
24、获取两个点之间的频率范围即信号的实际带宽。
25、通过对nlfm波形进行fft变换，基于频谱功率特性确定带宽，为信号带宽的准确获取提供了可靠方法。准确的带宽计算对于在设计优化函数时合理约束信号带宽至关重要，有助于保证设计出的波形既满足性能要求，又符合带宽限制条件，提高了波形设计的实用性。
26、作为本发明技术方案的进一步限定，优化函数如下：
27、
28、的计算式为：
29、其中，与都是惩罚系数，表示取与二者之中的大者；为最高旁瓣电平，为主瓣宽度，b为设计所要求的带宽。
30、该优化函数综合考虑了最高旁瓣电平、主瓣宽度以及信号带宽等关键因素，并通过惩罚系数对不满足约束条件的情况进行惩罚，使优化函数能够全面、有效地平衡波形各方面性能。在遗传算法寻优过程中，该优化函数能够引导算法朝着满足低旁瓣、合适主瓣宽度和带宽要求的方向搜索，提高寻优的准确性和有效性。
31、作为本发明技术方案的进一步限定，利用遗传算法对双参数相位函数中的带宽控制参数和指数参数进行寻优，得到最优参数组的步骤包括：
32、将计算的最高旁瓣电平和主瓣宽度的值以及信号的实际带宽的值代入优化函数中，以所述优化函数作为遗传算法的适应度函数，对带宽控制参数和指数参数进行寻优，得到最优带宽控制参数和最优指数参数。
33、作为本发明技术方案的进一步限定，将最优参数组代入双参数相位函数，生成低旁瓣nlfm波形的步骤中，生成的低旁瓣nlfm波形：
34、
35、式中，为最优带宽控制参数，为最优指数参数。
36、将最优参数组代入双参数相位函数生成nlfm波形的具体形式，使得生成的波形具有明确的数学表达式，便于在实际应用中准确生成所需的低旁瓣nlfm波形，为后续将波形应用于雷达系统提供了准确的波形生成依据，保证了波形生成的一致性和可靠性。
37、作为本发明技术方案的进一步限定，所述方法还包括：
38、将得到的低旁瓣nlfm波形应用于雷达系统中，用于抑制来自邻近距离单元中的强杂波和强目标干扰能量。
39、将设计得到的nlfm波形应用于雷达系统中，用于抑制邻近距离单元中的强杂波和强目标干扰能量，拓展了低旁瓣nlfm波形的应用场景，充分发挥了该波形在雷达系统中的优势，提高了雷达系统在复杂环境下的目标检测能力和抗干扰性能，增强了雷达系统的实用性和可靠性。
40、第二方面，本发明技术方案还提供一种基于双参数相位函数的nlfm波形设计装置，包括相位函数构造模块、优化函数设计模块、遗传算法寻优模块和波形生成模块；
41、相位函数构造模块，用于引入带宽控制参数和指数参数，构造基于二次函数的双参数相位函数；
42、优化函数设计模块，用于以最小化最高旁瓣电平为目标同时约束主瓣宽度和信号带宽，设计优化函数；
43、遗传算法寻优模块，用于利用遗传算法对双参数相位函数中的带宽控制参数和指数参数进行寻优，得到最优参数组；
44、波形生成模块，用于将最优参数组代入双参数相位函数，生成低旁瓣nlfm波形。
45、将波形设计过程中的各个关键步骤模块化，实现了波形设计的系统化和流程化。各模块分工明确，相互协作，相比传统的波形设计方式，提高了设计的效率和准确性，便于装置的维护和升级。
46、作为本发明技术方案的进一步限定，双参数相位函数如下：
47、
48、式中，为带宽控制参数，为指数参数。
49、作为本发明技术方案的进一步限定，优化函数设计模块包括初始化单元、第一计算处理单元、第二计算处理单元和优化函数设计单元；
50、初始化单元，用于基于带宽控制参数和指数参数的初始值生成nlfm波形；
51、第一计算处理单元，用于对生成的nlfm波形进行脉冲压缩，计算脉冲压缩结果的最高旁瓣电平和主瓣宽度；
52、第二计算处理单元，用于对生成的nlfm波形进行fft变换，计算信号的实际带宽；
53、优化函数设计单元，用于根据最高旁瓣电平、主瓣宽度和信号的实际带宽，设计优化函数。
54、作为本发明技术方案的进一步限定，第一计算处理单元计算最高旁瓣电平和主瓣宽度的公式如下：
55、
56、其中表示主瓣峰值，区间为主瓣保护范围，；为最高旁瓣电平，为主瓣宽度。
57、作为本发明技术方案的进一步限定，第二计算处理单元，具体用于对nlfm波形进行fft变换，找到频谱峰值的位置；从频谱峰值向两侧延伸，直到频谱功率下降到峰值的设定百分比处，得到两个点；获取两个点之间的频率范围即信号的实际带宽。
58、作为本发明技术方案的进一步限定，优化函数如下：
59、
60、的计算式为：
61、其中，与都是惩罚系数，表示取与二者之中的大者；为最高旁瓣电平，为主瓣宽度。
62、作为本发明技术方案的进一步限定，遗传算法寻优模块，具体用于将计算的最高旁瓣电平和主瓣宽度的值以及信号的实际带宽的值代入优化函数中，以所述优化函数作为遗传算法的适应度函数，对带宽控制参数和指数参数进行寻优，得到最优带宽控制参数和最优指数参数。
63、作为本发明技术方案的进一步限定，波形生成模块生成的低旁瓣nlfm波形：
64、
65、式中，为最优带宽控制参数，为最优指数参数。
66、作为本发明技术方案的进一步限定，该装置还包括应用模块，用于将得到的低旁瓣nlfm波形应用于雷达系统中，抑制来自邻近距离单元中的强杂波和强目标干扰能量。
67、在设计装置中增加应用模块，专门用于将得到的nlfm波形应用于雷达系统抑制干扰，使装置不仅具备波形设计功能，还实现了与雷达系统应用的紧密结合，形成了从波形设计到实际应用的完整链条。这种设计进一步提升了装置的实用性和功能性，能够更好地满足雷达系统对低旁瓣波形的应用需求，增强了整个系统的性能和竞争力。
68、从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：该方法采用参数化相位函数构造法，构造一种非线性的双参数相位函数，并设计以“最小化最高旁瓣电平的同时约束主瓣宽度和信号带宽”为目标的优化函数，利用遗传算法进行参数寻优，得到了一种具有低旁瓣性能、且符合约束条件的nlfm波形。具体的，通过引入带宽控制参数和指数参数构造双参数相位函数，为波形设计提供了灵活调整的基础；以最小化最高旁瓣电平为目标，同时约束主瓣宽度和信号带宽设计优化函数，能有效平衡波形性能；利用遗传算法寻优，可快速准确地找到最优参数组，从而生成满足需求的低旁瓣 nlfm 波形，相比传统波形设计方法，提高了波形设计的效率和波形性能的优化程度，增强了雷达系统的抗干扰能力和检测性能。