高碼率低距離分辨率相位編碼信號(hào)的失配濾波器優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種高碼率低距離分辨率相位編碼信號(hào)的 失配濾波器優(yōu)化方法，用于降低相位編碼信號(hào)失配濾波后的距離旁瓣電平。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖壓縮技術(shù)解決了雷達(dá)的作用距離和距離分辨率之間的矛盾，在雷達(dá)領(lǐng)域得到 了廣泛的應(yīng)用。但是脈沖壓縮信號(hào)通常具有較高的距離旁瓣，而較高的距離旁瓣不利于雷 達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有效探測(cè)，特別是在多目標(biāo)或強(qiáng)雜波背景下的弱目標(biāo)檢測(cè)，弱目標(biāo)的主瓣極 易被強(qiáng)目標(biāo)回波的距離旁瓣淹沒(méi)造成漏警，影響雷達(dá)的探測(cè)性能。例如，高幅度的距離旁瓣 可能會(huì)觸發(fā)虛警，大功率目標(biāo)回波的距離旁瓣會(huì)淹沒(méi)附近距離單元處的小功率目標(biāo)。
[0003] 為了降低相位編碼信號(hào)的距離旁瓣，通常采用設(shè)計(jì)低旁瓣的脈沖壓縮信號(hào)來(lái)實(shí) 現(xiàn)?，F(xiàn)有的多種相位編碼信號(hào)中，巴克碼信號(hào)是最優(yōu)的二相碼信號(hào)，它具有最低的峰值旁瓣 電平，但是，巴克碼信號(hào)的碼元長(zhǎng)度最長(zhǎng)為13,不滿足實(shí)際的應(yīng)用要求。與二相碼信號(hào)相比， 多相巴克碼信號(hào)具有更低的峰值旁瓣電平。法蘭克碼、Pl碼、P2碼、P3碼和P4碼是幾種典 型的多相碼信號(hào)，它們都是由線性調(diào)頻信號(hào)導(dǎo)出的多相碼信號(hào)。P(n，k)碼信號(hào)是由非線性 調(diào)頻信號(hào)導(dǎo)出的多相碼信號(hào)，與由線性調(diào)頻信號(hào)導(dǎo)出的多相碼信號(hào)相比，P(n，k)碼信號(hào)具 有更低的峰值旁瓣電平。
[0004] 現(xiàn)有的相位編碼信號(hào)，在很多情況下，其峰值旁瓣電平仍然不滿足實(shí)際的應(yīng)用要 求，并且現(xiàn)有的相位編碼信號(hào)的時(shí)寬帶寬積等于相位編碼信號(hào)的碼元長(zhǎng)度，相位編碼信號(hào) 的帶寬等于一個(gè)碼元時(shí)寬的倒數(shù)。時(shí)寬固定的相位編碼信號(hào)可以通過(guò)增加其碼元長(zhǎng)度來(lái)進(jìn) 一步降低距離旁瓣。但是對(duì)于一個(gè)寬帶雷達(dá)系統(tǒng)，其信號(hào)處理帶寬是固定的，此時(shí)無(wú)法通過(guò) 簡(jiǎn)單的增加碼元長(zhǎng)度來(lái)降低距離旁瓣，目前還沒(méi)有提出針對(duì)此問(wèn)題的基于相位編碼信號(hào)的 失配濾波器的設(shè)計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述已有方法的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提出一種相位編碼信號(hào)的失配濾波 器的優(yōu)化方法，能夠降低相位編碼信號(hào)脈沖壓縮后的距離旁瓣電平。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)思路是：給定高碼率低距離分辨率的相位編碼信號(hào)，在相 位編碼信號(hào)的帶寬不變的情況下，以信噪比損失為約束條件，以最小化該相位編碼信號(hào)通 過(guò)失配濾波器輸出的峰值旁瓣電平和逼近期望的主瓣形狀為目標(biāo)函數(shù)，優(yōu)化得到實(shí)際需要 的失配濾波器。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0008] -種高碼率低距離分辨率相位編碼信號(hào)的失配濾波器優(yōu)化方法，其特征在于，包 括以下步驟：
[0009] (1)確定相位編碼信號(hào)S ;
[0010] (2)設(shè)定失配濾波器h的長(zhǎng)度Nh，并根據(jù)所述相位編碼信號(hào)S和失配濾波器h的 長(zhǎng)度Nh，構(gòu)建關(guān)于所述失配濾波器h的目標(biāo)函數(shù)；
[0011] (3)構(gòu)建關(guān)于所述失配濾波器h的目標(biāo)函數(shù)的約束條件；
[0012] (4)根據(jù)所述目標(biāo)函數(shù)的約束條件，求解所述失配濾波器h的目標(biāo)函數(shù)；
[0013] (5)確定所述失配濾波器h。
[0014] 本發(fā)明技術(shù)方案的特點(diǎn)和進(jìn)一步地改進(jìn)為：
[0015] 步驟（1)具體包括以下子步驟：
[0016] (Ia)設(shè)定第一相位編碼信號(hào)S1的碼元長(zhǎng)度N 1;
[0017] (Ib)根據(jù)所述第一相位編碼S1的碼元長(zhǎng)度N1，確定所述相位編碼信號(hào)s的碼元長(zhǎng) 度N s，其中，Ns= bXN i，b為相位編碼信號(hào)s的碼元長(zhǎng)度的增加倍數(shù)，b取值為整數(shù)；
[0018] (Ic)設(shè)定所述相位編碼信號(hào)s的主瓣寬度控制量M=fix(SXb)，δ是經(jīng)驗(yàn)系 數(shù)，取值在（〇. 5~1. 0)的范圍內(nèi)，b為相位編碼信號(hào)s的碼元長(zhǎng)度的增加倍數(shù)，b取值為整 數(shù)；
[0019] (Id)根據(jù)所述相位編碼信號(hào)s的碼元長(zhǎng)度Ns，所述相位編碼信號(hào)s的主瓣寬度控 制量M，構(gòu)建關(guān)于所述相位編碼信號(hào)s的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；
[0020] (Ie)根據(jù)所述目標(biāo)函數(shù)和所述約束條件，求解所述相位編碼信號(hào)s。
[0021] 步驟（2)具體包括以下子步驟：
[0022] (2a)相位編碼信號(hào)s經(jīng)過(guò)失配濾波器h后的脈沖壓縮向量為P。，其中，
[0023] (2b)在相位編碼信號(hào)s經(jīng)過(guò)失配濾波器h后的脈沖壓縮向量P。中，對(duì)各個(gè)距離 旁瓣分別取模值，得到距離旁瓣模值向量P :
[0026] (2c)在相位編碼信號(hào)s經(jīng)過(guò)失配濾波器h后的脈沖壓縮向量P。中，輸出的實(shí)際
[0028] (2d)確定相位編碼信號(hào)s經(jīng)過(guò)失配濾波器h后輸出的期望主瓣b"，其中，期望的 主瓣可以為矩形，sine函數(shù)的主瓣，或者是未增加碼元個(gè)數(shù)前的相位編碼信號(hào)的主瓣。本 實(shí)例中所述期望主瓣b"的形狀為所述第一相位編碼信號(hào)的主瓣，將所述第一相位編碼信號(hào) S1的主瓣部分對(duì)應(yīng)的函數(shù)值區(qū)間均勻地離散化為2 XM+1維的列向量，并將所述列向量作為 期望主瓣k的取值；
[0029] (2e)根據(jù)所述距離旁瓣模值向量P，所述實(shí)際主瓣Bni和所述期望主瓣b "，構(gòu)建目 標(biāo)函數(shù)
[0030] 步驟（3)具體包括以下子步驟：
[0031] (3a)將相位編碼信號(hào)s首尾對(duì)稱補(bǔ)零，擴(kuò)展成長(zhǎng)度為\的相位編碼信號(hào)§,
[0032]
[0033] (3b)由長(zhǎng)度為\的相位編碼信號(hào)g上下翻轉(zhuǎn)并取共輒得到匹配濾波器
[0034]
[0035] 其中，（·）*表示（·）的共輒。
[0036] (3c)根據(jù)所述失配濾波器h，所述匹配濾波器￥，得到關(guān)于所述失配濾波器h的目 標(biāo)函數(shù)的約束條件為
[0037] 進(jìn)一步地，步驟（Id)具體包括一下子步驟：
[0038] (a)計(jì)算相位編碼信號(hào)s的第Ic1個(gè)距離旁瓣
[0039] 其中，移位kl = Μ+1，Μ+2,…，（Ns-I)，M為相位編碼信號(hào)s的主瓣寬度控制量，Jw 為滑動(dòng)矩陣，滑動(dòng)矩陣Jkl的形式為：
[0041] 式中，（·）τ表示轉(zhuǎn)置，0表示全零矩陣，I表示單位矩陣，0和I的下標(biāo)表示矩陣的 維數(shù)；
[0042] (b)根據(jù)相位編碼信號(hào)s的距離旁瓣P(guān) kl，得到距離旁瓣的峰值旁瓣電平PSLs， PSLs=max| P kl| ;根據(jù)距離旁瓣的峰值旁瓣電平PSLs，得到相位編碼信號(hào)s的目標(biāo)函數(shù)為： mPin PSLs，其中，p為相位編碼信號(hào)s的相位向量；
[0043] (c)確定相位編碼信號(hào)s的期望主瓣bn，其中，期望的主瓣可以為矩形，sine函數(shù) 的主瓣，或者是未增加碼元個(gè)數(shù)前的相位編碼信號(hào)的主瓣。本實(shí)例中所述期望主瓣b n的形 狀為所述第一相位編碼信號(hào)的主瓣，將所述第一相位編碼信號(hào)S1的主瓣部分對(duì)應(yīng)的函數(shù)值 區(qū)間均勻地離散化為2 XM+1維的列向量，取其中的第M個(gè)元素至第1個(gè)元素作為期望主瓣 1\的取值；
[0044] (d)根據(jù)所述期望主瓣bn，得到相位編碼信號(hào)s的約束條件為：
[0047] 其中，bn(k2)表示期望主瓣bn的第k2個(gè)元素，J k2為滑動(dòng)矩陣，移位k2 = 1，2,…， M，M為相位編碼信號(hào)s的主瓣寬度控制量，p(k)表示相位向量p的第k個(gè)元素，k= 1，2,…， Ns，γ為常數(shù)，γ表示相位編碼信號(hào)s的主瓣逼近期望主瓣bn的程度，取值為0. 01~0. 2。
[0048] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的失配濾波器在保證相位編碼 信號(hào)帶寬不變的同時(shí)，增加了相位編碼信號(hào)碼元長(zhǎng)度，因此優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中具有更大的 自由度，從而進(jìn)一步降低了相位編碼信號(hào)的距離旁瓣電平。
【附圖說(shuō)明】
[0049] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種高碼率低距離分辨率相位編碼信號(hào)的失配濾波 器優(yōu)化方法的流程示意圖；
[0050] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的失配濾波器對(duì)相位編碼信號(hào)進(jìn)行失配濾波后的主瓣 與相位編碼信號(hào)進(jìn)行匹配濾波后的主瓣對(duì)比示意圖，橫坐標(biāo)表示相對(duì)延時(shí)，單位為us，縱坐 標(biāo)表示幅度，單位為dB;
[0051] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的失配濾波器對(duì)相位編碼信號(hào)進(jìn)行失配濾波后的結(jié)果 與相位編碼信號(hào)進(jìn)行匹配濾波后的結(jié)果對(duì)比示意圖，橫坐標(biāo)表示相對(duì)延時(shí)，單位為us，縱坐 標(biāo)表示幅度，單位為dB;
[0052] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的失配濾波器對(duì)相位編碼信號(hào)進(jìn)行失配濾波后的主瓣 相位與相位編碼信號(hào)進(jìn)行匹配濾波后的主瓣相位的對(duì)比示意圖，橫坐標(biāo)表示相對(duì)延時(shí)，單 位為us，縱坐標(biāo)表示相位，單位為度。
【具體實(shí)施方式】
[0053] 參照?qǐng)D1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下。
[0054] 步驟1，確定相位編碼信號(hào)s。
[0055] 確定相位編碼信號(hào)s具體包括以下子步驟：
[0056] (Ia)設(shè)定第一相位編碼信號(hào)S1的碼元長(zhǎng)度N 1<3
[0057]