[發(fā)明專利]相似性約束下MIMO雷達波束圖賦形的波形設計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210620659.1
• 申請日: 2022-06-02
• 公開（公告）號: CN115480219A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設計）人: 吳尚;黃鈺林;張翠;呂靜;張玉婕;張寅;裴季方;霍偉博
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S7/282
• 分類號: G01S7/282
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發(fā)明公開了一種相似性約束下MIMO雷達波束圖賦形的波形設計方法，包括以下步驟：步驟一、建立優(yōu)化目標，求解最優(yōu)協(xié)方差矩陣；步驟二、設計發(fā)射波形。本發(fā)明設計的發(fā)射波形與參考波形相似，具有與參考波形相似的良好性能。首先，構造了紋波控制約束下的凸優(yōu)化問題，并計算出最優(yōu)協(xié)方差矩陣。然后，基于求解的最優(yōu)協(xié)方差矩陣，建立了非凸高維優(yōu)化問題，通過將初始問題轉化為多個具有封閉解的一維優(yōu)化問題，求解了MIMO波束圖和波形相似性兼顧的恒模發(fā)射波形。既能設計出與參考波形性能相似的發(fā)射波形，又能合成主瓣紋波可控的波束圖，實現(xiàn)了MIMO波束圖賦形的快速波形設計。

技術領域

本發(fā)明屬于雷達探測技術領域，特別涉及一種相似性約束下MIMO雷達波束圖賦形的波形設計方法。

背景技術

MIMO(多輸入多輸出)雷達系統(tǒng)由于每個發(fā)射天線能夠傳輸不同的波形，所以具有波形分集的優(yōu)點。MIMO雷達波束圖合成是提高目標探測能力、增強系統(tǒng)自適應能力以及空間能量分布的有效途徑。因此，合成MIMO雷達波束圖的發(fā)射波形設計問題引起了人們的廣泛關注。一般來說，MIMO雷達波束圖設計方法可分為兩種：一是直接設計發(fā)射波形以合成所需波束圖；二是兩步法，其中第一步是求解滿足波束圖需求的最優(yōu)協(xié)方差矩陣，第二步是根據(jù)得到的協(xié)方差矩陣設計具有恒模、相似性、能量恒定等性能的發(fā)射波形。

直接設計發(fā)射波形可以得到精確的發(fā)射波束圖，但是這種方法的計算復雜度相對較高。在文獻W.Fan,J.Liang,and J.Li,“Constant modulus MIMO radar waveformdesign with minimum peak sidelobe transmit beampattern,”IEEE Transactions onSignal Processing,vol.PP, no.16,pp.1–1,2018中，W.Fan等人出了一種交替迭代波形設計方法，針對主瓣能量分布不均勻?qū)е碌哪繕耸д鎲栴}，引入了波束圖主瓣紋波約束，實現(xiàn)了波束圖主瓣紋波控制下的發(fā)射波形設計。但是，該算法計算復雜度較大，不利于工程應用。兩步法則將復雜問題簡單化，進而能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射波形的快速設計。在文獻G.Hua andS.S.Abeysekera,“MIMO radar transmit beampattern design with ripple andtransition band control,”IEEE Transactions on Signal Processing,vol.61,no.11,pp.2963–2974,2013中，G.Hua等人提供了兩個設計方案，可以快速獲取所需的最優(yōu)協(xié)方差矩陣，但是沒有獲得發(fā)射波形。此外，人們在設計波束圖時往往忽略了發(fā)射波形的自相關性能、多普勒容忍度，進而導致波形的模糊函數(shù)惡化，對動目標探測性能降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種既能設計出與參考波形性能相似的發(fā)射波形，又能合成主瓣紋波可控的波束圖，實現(xiàn)了MIMO波束圖賦形的快速波形設計的相似性約束下MIMO雷達波束圖賦形的波形設計方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：相似性約束下MIMO雷達波束圖賦形的波形設計方法，包括以下步驟：

步驟一、建立優(yōu)化目標，求解最優(yōu)協(xié)方差矩陣；具體實現(xiàn)方法為：考慮一個具有M個發(fā)射天線的MIMO雷達系統(tǒng)，雷達系統(tǒng)發(fā)射采樣長度為N的M個非相干波形；令s_m表示第m個天線的發(fā)射波形，m＝1,...,M，s_m為N維行向量；則發(fā)射信號矩陣表示為：

S＝[s₁,s₂,...,s_M]^T (1)

假設雷達發(fā)射陣列為均勻線性陣，單元間距為載波波長的一半，則該陣列天線的導向矢量表示為：