[發明專利]基于量子粒子群算法的MIMO雷達正交波形設計方法

在審

• 申請號: 202110353058.4
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113075623A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 姜宏;顏廷玉;劉運昌;朱昭華;楊銳;劉一鵬;董寧;張琪
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01S7/282
• 分類號: G01S7/282;G06N3/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種基于量子粒子群算法的MIMO雷達正交波形設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，產生相位編碼信號，發射波形個數為L，編碼序列長度為N；

步驟2，初始化量子粒子群算法參數，包括種群數目、最大迭代次數、粒子維數，并對種群進行初始化；

步驟3，計算種群中粒子的適應度，得到初始個體極值，其中的最小值即為初始全局極值，對應的粒子位置是全局最優位置；

步驟4，確定量子旋轉門的旋轉角大小，并采用量子旋轉門對粒子位置進行更新，計算更新后的粒子的適應度，若適應度值小于更新前粒子的適應度值，則將該粒子自身最優位置替換為當前位置，否則保留原位置；若更新后的全局極值小于更新前的全局極值，則采用當前全局最優位置進行替換，否則保留原位置；

步驟5，根據自適應變異概率對粒子位置進行量子非門的更新操作，計算更新后的粒子的適應度，粒子自身最優位置和全局最優位置的更新與步驟4相同；

步驟6，進入下一次迭代，循環更新操作，直到達到最大迭代次數，終止迭代，輸出最優解；

步驟7，利用優化后的相位編碼序列生成正交相位編碼信號，完成MIMO雷達的正交波形設計。

2.根據權利要求1所述的基于量子粒子群算法的MIMO雷達正交波形設計方法，其特征在于：步驟1中，所述的相位編碼信號是一種具有良好正交性的脈壓信號，它是將信號時寬均勻分成多個子脈沖，再對子脈沖的相位進行調制，發射波形個數為L，子脈沖個數為N，即編碼序列長度為N時，相位編碼信號集s_l(n)的表達式為：

其中，φ_l(n)即為第l個發射波形的第n個子脈沖的相位，也是所要優化的變量，e為指數函數的底，j為虛數單位，當采用M相編碼時,采用二相編碼，即M＝2，此時φ_l(n)取值為0或π，理想情況下的正交相位編碼信號的自相關函數類似沖激函數，互相關函數為零，但實際中這樣的信號是不存在的，只能使信號自相關旁瓣峰值以及互相關峰值盡可能的小。

3.根據權利要求1所述的基于量子粒子群算法的MIMO雷達正交波形設計方法，其特征在于：步驟2中，所述的量子粒子群算法的粒子維數為L×N，優化時φ_l(n)的值可編碼為0和1，粒子每一維的變量用一位量子位表示，并以一定的概率坍塌到確定狀態，對種群進行初始化，就是在[0,2π]中隨機取值作為量子位的相位θ_i，其中cosθ_i和sinθ_i即為量子位的概率幅，可用[α_i,β_i]^T來表示；生成[0,1]內的隨機數rand，當rand|cosθ_i|²時，量子位坍塌為1，否則坍塌為0。

4.根據權利要求1所述的基于量子粒子群算法的MIMO雷達正交波形設計方法，其特征在于：步驟3中，所述的粒子的適應度的計算，粒子的適應度函數遵循自相關旁瓣峰值和互相關峰值最小的準則，相位編碼信號的自相關函數A(φ_l,k)和互相關函數C(φ_p,φ_q,k)的表達式分別為：

粒子的適應度函數E的表達式為：

其中，ω₁,ω₂為加權系數，φ_p(n)為第p個發射波形的第n個子脈沖的相位,φ_q(n)為第q個發射波形的第n個子脈沖的相位,k表示時延，為了區分不同時刻的編碼相位。