一种基于先导信息的MIMO雷达波形正交方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114152916A(43)申请公布日2022.03.08(21)申请号202111346268.7(22)申请日2021.11.15(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人董浩胡文姚翼荣王原正张逸雯(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人王安琪(51)Int.Cl.G01S7/282(2006.01)G01S7/285(2006.01)G01S7/292(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种基于先导信息的MIMO雷达波形正交方法(57)摘要本发明公开了一种基于先导信息的MIMO雷达波形正交方法，MIMO雷达子阵之间可以先各自转发含有自己波形工作参数的先导信息，先导信息调制到雷达波形中，通过雷达子阵天线发射出去，各子阵接收机经过中频滤波和解调后得到含有其他子阵先导信息的信号，将该信号通过短时傅里叶变换后得到各自子阵先导信息的时频图，由时频图判断各子阵之间波形是否正交。若波形之间不正交，使用代价函数优化波形中的参数，再将优化后的波形用于MIMO雷达，在MIMO雷达进行目标探测过程中，周期性地发射先导信息来不断感知MIMO雷达各子阵之间是否正交。本发明能够实现MIMO雷达波形正交，进而提高雷达系统多普勒分辨率、抗截获能力以及对弱小目标的探测与跟踪。CN114152916ACN114152916A权利要求书1/2页1.一种基于先导信息的MIMO雷达波形正交方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将窄带信号先导信息先调制在MIMO雷达各子阵发射波形上，通过雷达数字发射机发射波形，其他子阵通过数字接收机接收波形并通过中频滤波器将其他子阵的先导信息提取出来；步骤2、将步骤1中提取出的MIMO雷达其他各个子阵的单载频信号先导信息经过解调后，对其进行短时傅里叶变换STFT，得到MIMO雷达各个子阵先导信息对应的时频图；步骤3、通过对步骤2的先导信息的时频图特征进行提取，若发现不同MIMO雷达子阵之间存在相同的工作参数，即不同子阵之间波形不正交，通过代价函数对波形的参数进行优化，使得各个子阵的工作参数独立，保持MIMO雷达波形正交；步骤4、步骤3涉及的波形优化根据MIMO雷达波形设计正交原则构建波形优化代价函数，用模拟退火算法对波形编码参数进行优化，构造MIMO雷达发射波形；步骤5、构建MIMO雷达发射波形数学模型，提供步骤4所需的波形设计所需优化的频率编码参数脉位编码参数和相位编码参数步骤6、提供步骤4中所需要的代价函数，对步骤5中的波形参数进行优化；步骤7、将步骤6优化后的波形用于MIMO雷达各个子阵进行目标探测，探测波束的回波信号进行数字波束合成、脉冲压缩以及FFT等信号处理方式后经过恒虚警检测生成相应的目标点迹，在探测过程中，MIMO雷达各子阵间周期性广播先导信息，再次执行步骤1至步骤6，进行MIMO雷达波形正交设计。2.如权利要求1所述的基于先导信息的MIMO雷达波形正交方法，其特征在于，步骤2中，短时傅里叶变换公式如下所示：其中k＝0,1,...,K‑1,K∈N，k表示多普勒频率索引，u＝0,1,...,U‑1,U∈N,u表示时间索引，W(·)是一个时域的窗，m＝0,1,...,M‑1表示慢时间的索引。3.如权利要求1所述的基于先导信息的MIMO雷达波形正交方法，其特征在于，步骤5中，构建MIMO雷达发射波形数学模型，提供步骤4所需的波形设计所需优化的编码参数具体为：设MIMO雷达有Q个子阵，一个CPI内的脉冲个数为N，每个脉冲内采用码长为M的相位编码，第q个子阵发射信号的数学模型为：其中，tp为脉冲宽度，Tr为子脉冲的平均脉冲周期，ΔTr为最小脉位跳变间隔，ts为相位编码码元宽度，ξn为n个子脉冲的脉位编码，为第n个子脉冲的载波，Δf为频率最小间隔，μ为调频斜率，为第n个子脉冲的第m个码元，从发射信号的数学模型可知，波形优化参数为用向量表示记为Ω＝[ξ1,ξ2,…,2CN114152916A权利要求书2/2页ξN]、4.如权利要求1所述的基于先导信息的MIMO雷达波形正交方法，其特征在于，步骤6中，采用峰值旁瓣电平准则(PSL)进行正交波形设计,以发射波形的相位编码矩阵、载波的频率编码序列以及脉位捷变序列作为优化变量，构造的代价函数为：Ω∈Perms{[ξ1,ξ2,…,ξP]}i＝1,2,…,M,k＝1,2,…,N,j＝1,2,…,Q其中，sp(t)和sq(t)为不同子阵的发射信号，当p＝q时，cpq(τ)为发射信号的自相关函数；当p≠q时，cpq(τ)为发射信号的互相关函数。3CN114152916A说明书1/5页一种基于先导信息的MIMO雷