[發明專利]基于坐標下降算法的MIMO雷達發射波形合成方法

有效

• 申請號: 201711291266.6
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108226878B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 糾博;鄭浩;劉宏偉;周生華
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/36
• 分類號: G01S7/36;G01S7/42
• 代理公司: 61205 陜西電子工業專利中心
• 代理人: 田文英;王品華

本發明公開了一種基于坐標下降算法的多輸入多輸出MIMO雷達發射波形合成方法，主要解決現有技術合成的發射波形不具備抗干擾功能和恒模特性的問題。本發明的具體步驟為：1、構建干擾空域導向矢量；2、構建發射信號協方差矩陣；3、合成多輸入多輸出恒模發射波形矩陣；4、采用下式的坐標下降算法，修正多輸入多輸出恒模發射波形矩陣中的元素；5、將多輸入多輸出恒模發射波形矩陣中的各行元素作為雷達各陣元的發射波形。本發明可以合成具有抗干擾功能和恒模特性的多輸入多輸出MIMO雷達發射波形。

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，更進一步涉及認知雷達技術領域中的一種基于坐標下降算法的多輸入多輸出MIMO(Multiple Input Multiple Output)雷達發射波形合成方法。本發明可以根據對方干擾源的位置信息，以及雷達探測目標的位置信息，快速地合成具有抗干擾功能的MIMO雷達發射波形矩陣。

背景技術

數字元器件在雷達系統中的普遍應用產生了MIMO雷達，區別于傳統相控陣雷達，MIMO雷達各陣元可以發射不同的信號,正是這種波形分集能力使MIMO雷達與傳統相控陣雷達相比，具有更多的優勢。MIMO雷達可以根據收發天線的間距大小分為分布式MIMO雷達和集中式MIMO雷達。對于分布式MIMO雷達，因為各個天線對目標的觀測角度不同且回波具有獨立性。因此，統計意義下，分布式MIMO雷達可以克服目標的閃爍效應。集中式MIMO雷達具有自由設計各陣元發射波形的能力，相較于相控陣雷達，其自由度有顯著地提高，因此具有自適應發射方向圖設計能力。在雷達的實際工作環境中，通常存在著干擾，這些干擾影響雷達檢測目標的能力。因此，雷達有必要在發射端通過設計發射波形來降低回波信號中的干擾功率。MIMO雷達可以通過對發射波形矩陣的設計來獲得特定的方向圖，從而實現抗干擾的目的。

S Imani等人在其發表的論文“Transmit Signal Design in Colocated MIMORadar Without Covariance Matrix Optimization”([J].《IEEE Transactions onAerospace&Electronic Systems》,2017,PP(99):1-1)中提出了一種基于半正定松弛(SDR：Semidefinite Relaxation)的MIMO雷達發射波形合成方法。該方法的基本步驟是：首先根據先驗信息得到期望發射方向圖，然后根據期望發射方向圖構建SDR模型，求解此模型即可得到MIMO雷達發射波形矩陣。該方法存在的不足之處是：SDR模型僅以最小二乘準則逼近期望發射方向圖，忽略了抗干擾條件，所以利用SDR模型合成的發射波形并不能實現抗干擾功能。

中國電子科技集團公司第二十八研究所擁有的專利技術“一種MIMO雷達發射方向圖與波形設計方法”(申請號：201510299652.4授權公告號：CN 105158736B)中公開了一種MIMO雷法發射方向圖和波形設計方法。該專利技術的具體步驟是：首先根據先驗信息對期望發射方向圖建模，然后將發射信號構造為一組正交序列的加權求和，通過借鑒并改進DPS序列生成原理設計關于正交序列的個數和權值的優化問題，通過求解所述優化問題同時獲得優化波形和優化發射方向圖。該方法存在的不足之處是：在雷達實際工作中，為了保證每個陣元發射功率放大器的最大工作效率，要求發射波形必須具有恒模特性，而該方法不能產生恒模的發射波形。

發明內容

本發明的目的針對上述現有技術的不足，提出一種基于坐標下降算法的多輸入多輸出MIMO雷達發射波形合成方法。方法可以產生恒模的發射波形，從而保證雷達天線每個陣元發射功率放大器的最大工作效率。此外，方法可以依次修正多輸入多輸出恒模發射波形矩陣中的每一行元素從而保證發射波形具有抗干擾功能。

為了實現上述目的，本發明的具體步驟包括如下：

(1)構建干擾空域導向矢量：

將對方干擾源方位角代入干擾導向矢量公式，得到干擾空域導向矢量；

(2)構建干擾子空間矩陣：