一种基于可行点追踪的机载MIMO雷达收发联合设计方法.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CN113960584A(43)申请公布日2022.01.21(21)申请号202111236148.1(22)申请日2021.10.22(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址230037安徽省合肥市蜀山区黄山路460号014#(72)发明人李志汇周青松师俊朋唐波李小波李磊牛朝阳石树杰(74)专利代理机构西安方诺专利代理事务所(普通合伙)61285代理人李思琼(51)Int.Cl.G01S13/50(2006.01)权利要求书5页说明书12页附图2页(54)发明名称一种基于可行点追踪的机载MIMO雷达收发联合设计方法(57)摘要本发明属于雷达技术领域，具体地涉及一种基于可行点追踪的机载MIMO雷达收发联合设计方法。包括以下步骤：步骤1：建立机载MIMO雷达波形相关信号模型；步骤2：建立基于最大化最差情形输出SCNR的机载MIMO雷达发射波形和接收滤波器组的联合设计问题模型；步骤3：针对步骤2建立的联合设计问题模型，采用基于FPP‑SCA的机载MIMO雷达收发联合设计方法，获得步骤2联合设计问题模型的最优解。通过在目标可能出现的区域设计一组接收滤波器来解决目标参数不确定带来的输出SCNR的下降问题，设计了一种基于FPP‑SCA的联合设计方法求解最优波形。仿真表明，本发明的方法在最差输出SCNR以及运算时间上得到了显著提升，在目标参数存在误差时具有较优的检测性能。CN113960584ACN113960584A权利要求书1/5页1.一种基于可行点追踪的机载MIMO雷达收发联合设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立机载MIMO雷达波形相关信号模型；步骤2：在步骤1建立机载MIMO雷达波形相关信号模型基础上，建立基于最大化最差情形输出SCNR的机载MIMO雷达发射波形和接收滤波器组的联合设计问题模型；步骤3：针对步骤2建立的联合设计问题模型，采用基于FPP‑SCA的机载MIMO雷达收发联合设计方法，获得步骤2联合设计问题模型的最优解。2.根据权利要求1所述的一种基于可行点追踪的机载MIMO雷达收发联合设计方法，其特征在于：所述步骤1机载MIMO雷达波形相关信号模型建立的具体步骤包括：步骤1.1：定义收发共置的正侧式机载MIMO雷达的发射阵元个数为NT，接收阵元个数为NR，发射阵列和接收阵列均为均匀线性阵列，阵元间距均为λ/2，λ为雷达工作波长，雷达在一个相干处理间隔内发射M个脉冲重复频率为fr的脉冲组；步骤1.2：假设表示第n个发射阵元发射的经过采样后的波形，则雷达系统的发射波形矩阵可以表示为其中，L表示单个脉冲采样的个数，每个脉冲发射相同的波形；步骤1.3：机载MIMO雷达接收到的包含目标信号、信号相关杂波以及噪声的回波信号表示为：即建立了机载MIMO雷达波形相关信号模型，其中，αt、ft和θt分别表示目标的复幅度、归一化多普勒频率和波达角，αc，p，k、fc，p，k和θc，p，k分别是第k个杂波块的复幅度、归一化多普勒频率和波达角，为目标空时导向矩阵，其中，表示Kronecker积，上标T表示转置操作，下标t表示目标，IL表示L×L的单位矩阵，u(ft)、a(θt)和b(θt)分别表示时域导向矢量、发射空域导向矢量和接收空域导向矢量，为第(p，k)个杂波块的空时导向矩阵，为移位矩阵，s＝vec(S)，vec(s)表示矩阵的向量化操作，是协方差矩阵为的噪声向量，其中是噪声功率，为了表示方便，V(fc，p，k，θc，p，k)由Vc，p，k来表示。3.根据权利要求2所述的一种基于可行点追踪的机载MIMO雷达收发联合设计方法，其特征在于：所述步骤2建立基于最大化最差情形输出SCNR的机载MIMO雷达发射波形和接收滤波器组的联合设计模型包括：步骤2.1：假设目标信号的归一化多普勒频率Ψ和空间角度Ω是已知的，其中，Ψ＝[ftmin，ftmax]和Ω＝[θtmin，θtmax]，表示Ψ和Ω的范围；步骤2.2：将步骤2.1的Ψ和Ω分别离散成I和J网格点，得到离散的角度‑归一化多普勒频率对其中，n1、n2为变量参数，和表示索引集合，表示索引n1从1到I，表示索引n2从1到J；2CN113960584A权利要求书2/5页步骤2.3：使用一组LMNR×1的滤波器组，处理步骤1的接收的信号y，其中表示第(n1，n2)个滤波器，并将每个接收滤波器调谐到角度‑归一化多普勒频率对上，则，第(n1，n2)分支的输出SINR可以表示为：其中，表示期望，上标H表示共轭转置操作，表示第(n1，n2)个离散的角度‑归一化多普勒频率对，Φcn(s)为杂波协方差矩阵，由下式计算：其中，是噪声功率，P表示待检测单元两侧距离单元的个数，Nc表示单个距离单元杂波块的个数，表示第(p，k)个杂