[發明專利]一種面向多目標ISAR成像任務的MIMO雷達波形優化設計方法

在審

• 申請號: 201611152248.5
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106597441A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 張群;龔逸帥;羅迎;陳怡君;孫莉;李開明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙)11265
• 代理人: 葉樹明

技術領域

本發明涉及信號與信息處理技術，具體涉及一種針對多目標ISAR成像任務的MIMO雷達波形優化設計方法。

背景技術

MIMO(Multiple Input Multiple Output)雷達是近年雷達領域提出的一種新的雷達體制,它具有多個發射和接收天線。根據各天線間距的“遠近”，MIMO雷達可分為統計型MIMO雷達和相參型MIMO雷達。相參型MIMO雷達具有較小的天線間距，遠場目標回波對于收發天線陣來說都是相關的，且其各天線可發射不同信號而獲得良好的波形分集增益。因此，MIMO雷達可以根據實際應用靈活地設計發射波形。

目前，MIMO雷達波形優化設計已成為研究熱點，并取得了很多研究成果。為使雷達發射信號在空域合成期望發射方向圖，楊曉超等《最小化旁瓣的MIMO雷達發射方向圖優化算法》(電子與信息學報,2013,35(12):2815-2822)，王旭等在《一種基于先驗信息的MIMO雷達發射方向圖設計方法》(電子與信息學報,2013,35(12):2802-2808)中分別提出了相應辦法。

但是，這些算法大都是根據跟蹤、檢測雷達任務的需要設計的窄帶發射信號，并沒有考慮成像任務對波形優化設計的需求。目標成像可為目標識別提供重要的目標特征，在雷達任務中占有重要的地位，且成像任務要求雷達發射與目標特征相匹配的寬帶信號。

針對面向多目標ISAR成像任務的MIMO雷達波形優化設計，本發明將通過搜索和跟蹤等方式獲得各目標的先驗信息以及成像對雷達發射波形的帶寬限制作為波形優化的重要約束條件，在此基礎上建立面向多目標成像任務的波形優化模型，并通過共軛梯度算法進行求解，設計出了可同時實現對不同方位的目標進行成像的MIMO雷達發射波形。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足之處，提出一種面向多目標ISAR成像任務的MIMO雷達波形優化設計方法，包括下列步驟：

第一步：MIMO雷達發射相位隨機的初始信號；

雷達發射假設MIMO雷達的發射陣列是由M個全向天線構成的均勻線陣，陣元間距為d，第m個陣元發射的信號可以表示為

式中x_m(t)表示第m個陣元發射的基帶信號，f_c是信號載頻，T_p是脈沖寬度，則發射信號在遠場θ方向處合成的信號為

因此，在θ方向信號在頻率f_c+nB/N處的功率譜可寫為

其中

表示在頻率f_c+nB/N處的導向矢量。

第二步：設計波形優化的模型，并對模型進行求解得到最優波形；

設第m個天線發射的波形表示為其中表示x_m(l)的相位，取q＝1；定義波形的相位矩陣為

因此，θ_k方向信號在第n個頻點處的功率譜和θ_k方向的方向圖可表示為

P_n(θ_k,Φ)＝|χ_n(θ_k,Φ)|²/N(7)

其中

針對方向圖逼近和功率譜逼近建立關于相位矩陣的如下代價函數：

其中

τ_k(Φ)＝[U(θ_k,Φ)/N-u(θ_k)/N](10)

η_hn(Φ)＝[P_n(θ_h,Φ)-p_hn](11)

θ_k表示第k個離散方位角，K表示離散化方位角總數，u(θ_k)表示期望發射方向圖，表示θ_h方向上第n個頻點處的期望功率譜，表示目標方向，表示不同方位角處的方向圖逼近權重，表示θ_h方向上不同頻點處的功率譜逼近權重；代價函數的第1項表示方向圖逼近，第2項表示目標方向功率譜逼近；因此，優化模型為

所述優化模型中目標方向信號發射功率的確定方法如下：

根據獲取到的目標的飛行速度、位置以及RCS等信息以及雷達距離方程