[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

本發明涉及一種基于量子粒子群算法的MIMO雷達正交波形設計方法，屬于雷達信號處理領域。采用量子粒子群算法對相位編碼序列進行優化，最后得到正交性良好的波形集，以序列的自相關旁瓣峰值和互相關峰值作為適應度函數，將波形集的子脈沖的相位編碼為0和1，采用量子旋轉門對粒子位置進行更新，通過H_ε門對算法進行修正，使算法具有更好的全局收斂性和搜索能力，并以一定的變異概率對粒子位置進行量子非門的更新操作，進一步改善算法性能；仿真實驗表明本發明的算法的有效性，并與粒子群算法和混沌粒子群算法進行對比，證明本發明的實驗結果更好。

技術領域

本發明涉及雷達信號處理領域，具體涉及一種基于量子粒子群算法的MIMO雷達正交波形設計方法，該方法全局收斂性更好，所設計波形具有良好的正交性，可作為MIMO雷達的發射波形。

背景技術

MIMO雷達自提出以來受到相關領域學者的廣泛關注，美國林肯實驗室、貝爾實驗室、華盛頓大學等機構對MIMO雷達技術的推進都做出了貢獻。MIMO雷達作為一種新體制雷達，不僅繼承和發展了相控陣雷達，還是MIMO通信技術在雷達領域的交叉應用，并且在軍事領域發揮了不可替代的作用；它在低截獲性能、抗干擾能力以及對弱目標檢測能力方面有著傳統雷達無法比擬的優勢，而這些出色的性能都是基于有效的波形產生。因此，正交波形設計成為了MIMO雷達研究的熱點內容之一。

MIMO雷達有多個發射陣元，每個陣元發送的波形相互正交，這有助于接收端匹配濾波器從回波信號集合中提取相應陣元的回波，從而準確獲取各個信號探測到的獨立信息，確保雷達的低截獲性能、系統分辨力、系統的測量精度以及抗干擾能力等。調頻和調相信號是雷達最常用的兩種發射信號，相比于線性調頻信號，相位編碼信號具有更好的正交性，它可以通過構造不同的編碼序列達到波形間相互正交的目的。

國內外有很多相關文獻是以具有正交性能的波形為設計目標的。例如，Deng Hai提出基于模擬退火算法和領域搜索方法來設計正交頻率編碼和正交多相碼，此外，他還給出了信號非周期相關函數的定義以及設計波形的代價函數；Liu等將遺傳算法用于正交波形設計，從頻率和相位編碼的角度與Deng Hai的方法進行對比，他的方法在波形產生周期上較短；目前正交波形設計的方法大多基于群體智能優化算法以及它們的改進算法，通過構造目標函數以獲得最優解，包括遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法、粒子群算法等，這些算法的混合優化算法也得到了越來越多的應用，但幾乎沒有采用與量子理論結合的智能優化算法，在智能計算中運用量子理論是一種新興的模式，將量子計算與智能優化算法結合起來也是一個新的研究方向。

傳統粒子群優化算法存在收斂速度過慢、容易陷入局部極值點的缺點，即使消耗大量的時間也無法得出較好的或者說理想的最優解。作為經典的量子群體智能算法，量子粒子群算法有效利用了量子理論原理和傳統智能計算各自具有的特征，并在已有研究與應用中均有獲得較為理想的結果。在量子空間中，對于量子束縛態的粒子而言，它可以通過某一概率密度的形式，在空間的任何一點上出現，并以該概率密度使其聚集態的性質得到滿足，粒子搜索時，能夠滿足百分百地搜索到空間中任何有可能存在解的地方的條件，當粒子趨近于無窮遠時，使其概率密度趨近于0。因此，就量子粒子群的全局搜索能力而言，得到了很大的提高，優于經典粒子群算法，在應用時對算法的更新過程進行改進，可使算法性能得到進一步改善。

發明內容

本發明提供一種基于量子粒子群算法的MIMO雷達正交波形設計方法，為解決傳統粒子群優化算法收斂速度過慢、容易陷入局部極值點的問題。

本發明采取的技術方案是，包括下列步驟：

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、粒子維數等，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；