專利名稱：基于改進(jìn)遺傳算法的m-序列雷達(dá)信號(hào)波形優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及雷達(dá)信號(hào)優(yōu)化，可用于尋找最優(yōu)m-序列雷達(dá)信號(hào)波形。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中，為了在不減小雷達(dá)探測(cè)距離的情況下獲得高距離分辨力，雷達(dá)信號(hào)處理多采用脈沖壓縮技術(shù)，m-序列是一種二元偽隨機(jī)序列，用其設(shè)計(jì)的二項(xiàng)編碼雷達(dá)信號(hào)可具有大的時(shí)寬帶寬積。m-序列雷達(dá)信號(hào)波形的設(shè)計(jì)，直接影響到整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的性能。人們提出了多種方法，用于m-序列雷達(dá)最優(yōu)信號(hào)的設(shè)計(jì)，包括遍歷搜索法，隨機(jī)搜索法等，但隨著m-序列雷達(dá)信號(hào)復(fù)雜度不斷提高，以上方法已難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。遺傳算法被用于尋找m-序列最優(yōu)雷達(dá)信號(hào)，使信號(hào)波形在滿足最小峰值功率下具有最大的脈壓比。但標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法存在兩個(gè)缺陷局部搜索能力弱和容易陷入局部最優(yōu)解。局部搜索能力弱，是因?yàn)檫z傳算法本身是一種隨機(jī)搜索算法，即使搜索到最優(yōu)解附近，算法依然沒有確定的搜索方向，不能快速地收斂到最優(yōu)解；容易陷入局部最優(yōu)解是由于算法在未搜索到全局最優(yōu)解時(shí)，種群被大量局部最優(yōu)解占據(jù)導(dǎo)致算法停滯不前，最終不能得到全局最優(yōu)解。使二相編碼雷達(dá)信號(hào)在時(shí)寬帶寬積一定的前提下，不能擁有較大的脈壓主副瓣比，進(jìn)而影響強(qiáng)目標(biāo)回波副瓣區(qū)微弱目標(biāo)的檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法在尋找最優(yōu)m-序列雷達(dá)信號(hào)波形過程中，暴露出的局部搜索能力弱和容易陷入局部最優(yōu)解兩個(gè)缺點(diǎn)，提出了一種基于改進(jìn)遺傳算法的m-序列雷達(dá)信號(hào)優(yōu)化方法，可防止優(yōu)化過程陷入局部次優(yōu)，且能夠快速收斂到最優(yōu)m-序列雷達(dá)信號(hào)，保證此信號(hào)在發(fā)射信號(hào)時(shí)寬帶寬積一定的條件下，二相編碼雷達(dá)信號(hào)具有大的脈壓主副瓣比，有利于強(qiáng)目標(biāo)回波副瓣區(qū)域微弱目標(biāo)的檢測(cè)。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)思路是通過在標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法中，引入人類社會(huì)構(gòu)架，提高m-序列雷達(dá)信號(hào)在最小峰值功率下脈壓比。在后續(xù)雷達(dá)信號(hào)處理過程中，利用高脈壓比m-序列雷達(dá)信號(hào)可對(duì)微弱目標(biāo)產(chǎn)生更強(qiáng)的檢測(cè)回波的特性，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)對(duì)微弱目標(biāo)的檢測(cè)。其技術(shù)方案包括如下步驟(I)設(shè)定初始種群規(guī)模M = 10，11，…，1000、統(tǒng)治階層規(guī)模Mt = 7% XM、中間階層規(guī)模Mm = 60% XM、底層規(guī)模^ = 33% XM、迭代終止次數(shù)D = 2，3，…，1000、m_序列雷達(dá)信號(hào)移位寄存器的階數(shù)N = 2，3，…，11和海明門限Hf = 1，2，-,N-I ；(2)隨機(jī)產(chǎn)生M個(gè)長(zhǎng)度為N的二進(jìn)制序列，作為m-序列雷達(dá)信號(hào)移位寄存器值，組成待進(jìn)化種群；(3)根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)F(X)，分別計(jì)算所有待進(jìn)化種群中移位寄存器值的適應(yīng)度，并按照適應(yīng)度從大到小的順序?qū)λ幸莆患拇嫫髦颠M(jìn)行排序，選取適應(yīng)度最高的Mt個(gè)移位寄存器值組成統(tǒng)治階層，適應(yīng)度最低的Mf個(gè)移位寄存器值組成底層，種群中剩下的移位寄存器值組成中間階層；(4)統(tǒng)計(jì)待進(jìn)化種群統(tǒng)治階層任意兩個(gè)移位寄存器值中，相同位上字符不同的個(gè)數(shù)，作為移位寄存器值間的海明距離；(5)根據(jù)得到的海明距離構(gòu)造海明矩陣HM 5a)將統(tǒng)治階層移位寄存器值，按照適應(yīng)度從大到小順序排序，組成判定子群；5b)設(shè)定海明矩陣HM的行數(shù)和列數(shù)均為Mt，構(gòu)造海明矩陣HM為
權(quán)利要求
1.一種基于改進(jìn)遺傳算法的m-序列雷達(dá)信號(hào)波形優(yōu)化方法，包括如下步驟 (1)設(shè)定初始種群規(guī)模M= 10，11，…，1000、統(tǒng)治階層規(guī)模Mt = 7% XM、中間階層規(guī)模Mm = 60% XM、底層規(guī)模^ = 33% XM、迭代終止次數(shù)D = 2，3，…，1000、m_序列雷達(dá)信號(hào)移位寄存器的階數(shù)N = 2，3，…，11和海明門限Hf = 1，2，-,N-I ； (2)隨機(jī)產(chǎn)生M個(gè)長(zhǎng)度為N的二進(jìn)制序列，作為m-序列雷達(dá)信號(hào)移位寄存器值，組成待進(jìn)化種群； (3)根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)F(X)，分別計(jì)算所有待進(jìn)化種群中移位寄存器值的適應(yīng)度，并按照適應(yīng)度從大到小的順序?qū)λ幸莆患拇嫫髦颠M(jìn)行排序，選取適應(yīng)度最高的Mt個(gè)移位寄存器值組成統(tǒng)治階層，適應(yīng)度最低的Mf個(gè)移位寄存器值組成底層，種群中剩下的移位寄存器值組成中間階層； (4)統(tǒng)計(jì)待進(jìn)化種群統(tǒng)治階層任意兩個(gè)移位寄存器值中，相同位上字符不同的個(gè)數(shù)，作為移位寄存器值間的海明距離； (5)根據(jù)得到的海明距離構(gòu)造海明矩陣HM: 5a)將統(tǒng)治階層移位寄存器值，按照適應(yīng)度從大到小順序排序，組成判定子群； 5b)設(shè)定海明矩陣HM的行數(shù)和列數(shù)均為Mt，構(gòu)造海明矩陣HM為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中步驟(3)所述的適應(yīng)度函數(shù)F(X)，表示為 F(X) = max(MSR(u(t, Xi) h{t, Xi))) 其中，MSR表示匹配濾波后的主副比，u (t, Xi) = exp(j2 n f0t+ n Xi)為m_序列雷達(dá)信號(hào)，exp表示自然指數(shù)，j表示復(fù)數(shù)的虛部，t表示雷達(dá)信號(hào)發(fā)射時(shí)間，Xi表示由第i個(gè)移位寄存器生成的m-序列碼表示雷達(dá)信號(hào)載頻頻率表示卷積計(jì)算,Ii(I^Xi)表示m-序列雷達(dá)信號(hào)匹配濾波器，用其在h時(shí)刻的沖擊響應(yīng)描述h(t，Xi) = KuYa-O ,Xi)，K是任意常數(shù)，AtJi)表示u (t，Xi)的共軛。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法，其中步驟(6)所述的根據(jù)所構(gòu)造的海明矩陣，判定統(tǒng)治階層移位寄存器值是否能夠通過親和度檢測(cè)，按如下兩種情況進(jìn)行 如果海明矩陣第i行中前i_l個(gè)元素值全部為0，則判定此移位寄存器值通過親和度檢測(cè)； 如果海明矩陣第i行中前i_l個(gè)元素值包含1，則判定此移位寄存器值沒有通過親和度檢測(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述方法，其中步驟(9)所述的通過霍夫曼公式計(jì)算得到最優(yōu)m-序列雷達(dá)信號(hào)波形，按如下步驟進(jìn)行 9a) 二進(jìn)制序列X滿足關(guān)系式(/十D十D2……十/^)1 = 0前提下，當(dāng)(I D D2…… /)")為GF(2)域上的既約多項(xiàng)式和本原多項(xiàng)式時(shí)，計(jì)算得到的X即為m-序列碼，其中D表示單位位移， 表示模2相加，n表示移位寄存器階數(shù)； 9b)將X帶入公式u(t, X) = exp (j2 n f0t+ n X),得到m_序列雷達(dá)信號(hào),其中u (t, X)表示m-序列雷達(dá)信號(hào)，exp表示自然指數(shù)，j表示復(fù)數(shù)的虛部，t表示雷達(dá)信號(hào)發(fā)射時(shí)間，f0表示雷達(dá)信號(hào)載頻頻率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)遺傳算法的m-序列雷達(dá)信號(hào)波形優(yōu)化方法，其實(shí)現(xiàn)過程是將隨機(jī)產(chǎn)生的待進(jìn)化種群按照適應(yīng)度從大到小的順序，劃分為統(tǒng)治階層、中間階層和底層；對(duì)這三個(gè)階層采用不同的進(jìn)化策略進(jìn)化統(tǒng)治階層使用海明距離限制親和度后，采用全局交叉進(jìn)行進(jìn)化；中間階層使用標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法進(jìn)行進(jìn)化；底層用隨機(jī)產(chǎn)生的新個(gè)體代替進(jìn)行進(jìn)化，三個(gè)階層分別進(jìn)化后，完成一次種群更新；通過多次更新種群，得到最優(yōu)m-序列雷達(dá)信號(hào)。本發(fā)明可防止優(yōu)化過程陷入局部次優(yōu)，并能夠快速收斂到最優(yōu)m-序列，保證此序列編碼的二相碼雷達(dá)信號(hào)在發(fā)射信號(hào)時(shí)寬帶寬積一定的條件下，具有大的脈壓主副瓣比，有利于強(qiáng)目標(biāo)回波脈壓副瓣區(qū)內(nèi)微弱目標(biāo)的檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01S7/02GK102621528SQ201210099829
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月7日
發(fā)明者吳艷, 左磊, 張鵬, 李響, 李明, 賈璐, 陳洪猛 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)