一種瞬態(tài)極化雷達(dá)波形獲得方法及基于該方法的雷達(dá)信號(hào)傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及瞬態(tài)極化雷達(dá)滿(mǎn)足良好相關(guān)性能的恒模 相位編碼的獲得方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著雷達(dá)環(huán)境的日趨復(fù)雜，獲得具有低相關(guān)旁瓣的波形正受到越來(lái)越多學(xué)者的 關(guān)注（見(jiàn)文南犬：Waveform Optimization for ΜΙΜΟ Radar in Colored Noise:Further Results for Estimation-Oriented Criteria.Tang B,Tang J,Peng Y N. IEEE Transactions on Signal Processing, 2012, 60 (3):1517-1522 ；Signal synthesis and receiver design for MIMO radar imaging. Li J,Stoica P,Zheng X Y.IEEE Transactions on Signal Processing, 2008, 56 (8): 3959-3968·)。在通信和雷達(dá)領(lǐng)域，要 求發(fā)射波形在自相關(guān)主瓣附近具有低的旁瓣，同時(shí)要求在特定區(qū)間上具有極低的互相關(guān)幅 值，這樣不僅減少了雷達(dá)場(chǎng)景中距離向分布的各散射體之間的距離旁瓣干擾，而且確保了 在接收端，匹配濾波器可以準(zhǔn)確地將目標(biāo)距離單元的信號(hào)解調(diào)出來(lái)，同時(shí)抑制其他距離單 元的反身才信號(hào)（見(jiàn)文南犬：Unimodular sequence sets with good correlations for MIMO radar. He H，Stoica P, Li J. Radar Conference，2009IEEE. IEEE, 2009:1_6;抑制特定區(qū) 間距離旁瓣的恒模波形設(shè)計(jì)方法.李風(fēng)從，趙宜楠，喬曉林，電子與信息學(xué)報(bào)，2013, 35 (3): 532-536)〇
[0003] 在目前的研究中，瞬態(tài)極化雷達(dá)常采用近似全局正交波形，例如頻移脈沖矢量波 形和正負(fù)線性調(diào)頻波形，但這些波形的距離旁瓣較高，會(huì)引起距離遮蔽效應(yīng)。2004年新奧爾 良大學(xué)的Deng Hai利用模擬退火方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)了具有良好自相關(guān)和互相關(guān)特性的正交波 形，但優(yōu)化效果并不理想（見(jiàn)文獻(xiàn)：Polyphase code design for Orthogonal Netted Radar systems, Deng H. IEEE Transactions on Signal Processing, 2004,52 (11):3126-3135.)〇
[0004] 對(duì)于瞬態(tài)極化雷達(dá)，理想的發(fā)射波形，其自相關(guān)應(yīng)具有足夠低的旁瓣，不同的極化 通道間還要正交以適應(yīng)瞬時(shí)全極化測(cè)量要求，目前存在的方法收斂時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、相關(guān)旁瓣過(guò) 高等問(wèn)題并沒(méi)有得到有效的解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有方法獲得的瞬態(tài)極化雷達(dá)發(fā)射波形旁瓣高、且獲得 波形的收斂時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，提供一種瞬態(tài)極化雷達(dá)波形獲得方法及基于該方法的雷達(dá)信號(hào) 傳輸方法。
[0006] 本發(fā)明所述的一種瞬態(tài)極化雷達(dá)波形獲得方法包括以下步驟：
[0007] 步驟一、利用移位矩陣建立波形向量的相關(guān)函數(shù)，
[0008] 瞬態(tài)極化雷達(dá)包括水平極化通道和垂直極化通道，發(fā)射波形的水平極化通道基帶 序列用S 1表示，發(fā)射波形的垂直極化通道基帶序列用s 2表示，s JP s 2在延遲η處的非周期 相關(guān)函數(shù)為：
[0009]
[0010]
[0011] 其中V: W，表示N維復(fù)向量空間，（·廣代表共輒轉(zhuǎn)置，為移位 矩陣，代表N階實(shí)方陣集合，0是具有相應(yīng)尺寸的全0矩陣，rn (S1)和& (S2)分別表示 sJP 82的自相關(guān)函數(shù)；
[0012] 步驟二：確定雷達(dá)場(chǎng)景中的強(qiáng)散射體和目標(biāo)的位置，并估計(jì)需要抑制的距離旁瓣 區(qū)間，以構(gòu)造波形優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，所述波形優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：
[0013]
(3)
[0014] 步驟三：將時(shí)域優(yōu)化公式轉(zhuǎn)換為頻域優(yōu)化公式，所述頻域優(yōu)化公式如下：
[0015]
^|4)
[0016] 其中蒙版向量mN(Z) = [Iz(O) Iz(I)…ΜΝ-ΟΓ,Μ·)為集合Z的指示函 數(shù)，（·廣表示轉(zhuǎn)置運(yùn)算，
[0017]
[0018] 集值函勠
.其中_鱸是NX 1維的波形 相位向量；
[0019] Fe C2wx2s是單位離散傅里葉變換（DFT)矩陣，F(xiàn)h= F \ C是一個(gè)截短/補(bǔ)零矩 陣，定義為:C= [INXN，Onxn];
[0020] 步驟四：根據(jù)步驟二確定的抑制區(qū)間確定S1的自相關(guān)要求，并計(jì)算得到S i，
[0021] 當(dāng)S1= s 2時(shí)，由公式（14)得到第一個(gè)目標(biāo)函數(shù)
[0022] Ja(S1) = I IDiag(m2N(Qr))FflDiag*(FCtS 1)FCtS1 I |2= α Ηα (16)
[0023] 其中
[0024] a = Diag (m2N (Qr)) FHDiag* (FC1S) FC1S (17)
[0025] 求得公式（16)的梯度后，利用子空間信賴(lài)域算法求解波形優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)獲得S1;
[0026] 步驟五：確定&的自相關(guān)和互相關(guān)要求，并計(jì)算得到s 2，
[0027] 根據(jù)S1和公式（14)得到第二個(gè)目標(biāo)函數(shù)
[0028] Jc(s2) = I I Diag (m2N (Qr)) FflDiag* (FCtS1) FCtS2 I |2 (24)
[0029] 求得公式（24)的梯度和Hessian矩陣后，利用信賴(lài)域算法獲得s2;
[0030] 步驟四獲得的S1及步驟五獲得的s 2即為獲得的波形的表達(dá)式。
[0031] 上述方法還包括：
[0032] 步驟六：利用步驟五獲得的^和s 2對(duì)目標(biāo)的極化散射矩陣進(jìn)行估計(jì)，
[0033] 距離單元q內(nèi)目標(biāo)的極化散射矩陣為：
[0034]
(30)
[0035] Shh (q)表示水平（h)極化發(fā)射時(shí)，水平（h)極化接收的信號(hào)分量，
[0036] Shv (q)表示垂直（V)極化發(fā)射時(shí)，水平（h)極化接收的信號(hào)分量，
[0037] Svh (q)表示水平（h)極化發(fā)射時(shí)，垂直（V)極化接收的信號(hào)分量，
[0038] svv (q)表不垂直（V)極化發(fā)射時(shí)，垂直（V)極化接收的信號(hào)分量，
[0039] 則瞬態(tài)極化雷達(dá)的回波可以表示為：
[0040] Y = a Σ ST+ff (31)
[0041] 其中〗:°0'，: a為回波幅度，S = [S1, S2]為瞬態(tài)極化雷達(dá)的波形矩陣， We C2xn為白噪聲分量，
[0042] 則Σ的估句
其中 _3]
[0044] 基于上述方法的雷達(dá)信號(hào)傳輸方法為：
[0045] 在發(fā)射端：對(duì)&和s 2進(jìn)行調(diào)制，并將調(diào)制后的s JP s 2分別經(jīng)水平極化通道和垂 直極化通道發(fā)射出去；
[0046] 在接收端：對(duì)來(lái)自水平極化通道的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的信號(hào)分成兩路，分 別進(jìn)行S 1匹配濾波和s 2匹配濾波，以分別得到水平和垂直極化發(fā)射時(shí)，水平極化通道接收 的信號(hào)分量；對(duì)來(lái)自垂直極化通道的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，并將解調(diào)后的信號(hào)分成兩路，分別進(jìn)行 S1匹配濾波和s 2匹配濾波，以分別得到水平和垂直極化發(fā)射時(shí)，垂直極化通道接收的信號(hào) 分量。
[0047] 本發(fā)明提出了純相位譜逼近方法（Phase Only Spectral Approximation Algorithm，POSAA)，該方法根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)確定雷達(dá)場(chǎng)景中的強(qiáng)散射體和待測(cè)目標(biāo)的位置， 估計(jì)需要抑制的距離旁瓣區(qū)間，結(jié)合瞬態(tài)極化雷達(dá)同時(shí)發(fā)射兩個(gè)波形的特點(diǎn)，構(gòu)造目標(biāo)函 數(shù)，采用純相位的思想，將復(fù)數(shù)波形的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為實(shí)數(shù)相位的優(yōu)化問(wèn)題，降低了計(jì)算的 復(fù)雜度；利用相關(guān)與譜的傅里葉變換對(duì)關(guān)系，將時(shí)域的優(yōu)化對(duì)象轉(zhuǎn)化為頻域的優(yōu)化對(duì)象，弓丨 入快速傅里葉變換加快了運(yùn)算速率。通過(guò)對(duì)瞬態(tài)極化雷達(dá)波形的相位進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使得 獲得的兩個(gè)波形在需要抑制的距離單元內(nèi)保持正交，能夠抑制相關(guān)旁瓣；并顯著提高了瞬 態(tài)極化雷達(dá)對(duì)目標(biāo)極化參數(shù)估計(jì)的準(zhǔn)確性?；谏鲜龇椒ǖ睦走_(dá)信號(hào)傳輸方法，不僅能夠 減少雷達(dá)場(chǎng)景中距離向分布的各散射體之間的距離旁瓣干擾，而且能夠確保在接收端，匹 配濾波器可以準(zhǔn)確地將目標(biāo)距離單元的信號(hào)解調(diào)出來(lái)，同時(shí)能夠抑制其他距離單元的反射 十目號(hào)，提尚?目噪比。
【附圖說(shuō)明】
[0048] 圖1為本發(fā)明所述的一種瞬態(tài)極化雷達(dá)波形獲得方法的流程圖；
[0049] 圖2為瞬態(tài)極化雷達(dá)天線收發(fā)系統(tǒng)的原理框圖；
[0050] 圖3為POSAA方法和Multi-WeCAN方法獲得的水平極化通道波形的自相關(guān)水平對(duì) 比圖；
[0051 ] 圖4為POSAA方法和Multi-WeCAN方法獲得的垂直極化通道波形的自相關(guān)水平對(duì) 比圖；
[0052] 圖5為POSAA方法和Multi-WeCAN方法獲得的兩個(gè)極化通道波形的互相關(guān)水平對(duì) 比圖；
[0053] 圖6為POSAA方法和Multi-WeCAN方法獲得的水平極化通道波形的自相關(guān)水平對(duì) 比圖；
[0054] 圖7為POSAA方法和Multi-WeCAN方法獲得的垂直極化通道波形的自相關(guān)水平對(duì) 比圖；
[0055] 圖8為POSAA方法和Multi-WeCAN方法獲得的兩個(gè)極化通道波形的互相關(guān)水平對(duì) 比圖；
[0056] 圖9為瞬態(tài)極化