[发明专利]基于迭代FFT的MIMO雷达快速波形合成方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及雷达波形的合成，可用于MIMO雷达的在线波形设计，以满足工程要求。

背景技术

多输入多输出MIMO雷达是一种新兴的有源探测技术，现已成为雷达技术领域的一个研究热点。

2003年Rabideau和Parker借鉴通信领域中的MIMO技术及综合脉冲孔径雷达SIAR，提出了MIMO雷达概念，见[Rabideau D.J.and Parker P..Ubiquitous MIMO Multifunction Digital Array Radar[C].Conference Record of the 37th Asilomar Conference on Signals,Systems and Computers,2003,vol.1,pp.1057-1064]。之后，这一概念在雷达领域引起了人们的广泛关注。目前，根据天线的间距大小，可以将MIMO雷达分为分布式MIMO雷达和集中式MIMO雷达两类。对于分布式MIMO雷达来说，由于各个天线对目标有不同的观测视角以及目标回波的独立性，在统计意义下，这类MIMO雷达可以克服目标的闪烁效应从而提高雷达对目标的探测性能。对于集中式MIMO雷达来说，其特点是阵元间距较小，具有自由地设计每副天线波形的能力，即波形分集。与相控阵雷达相比，集中式MIMO雷达的自由度提高了，从而MIMO雷达呈现出更多的优越性，如更好的参量辨别能力、更自由的发射方向图设计能力等，见[Li J.and Stoica P..MIMO Radar With Colocated Antennas[J].IEEE Signal Processing Magazine,Sep.2007,vol.24,pp.106-114]。集中式MIMO雷达的波形分集能力，也使得雷达系统的工作模式更为灵活。

目前，MIMO雷达的波形合成主要围绕正交波形设计、发射方向图匹配设计和发射波形综合等三个方面展开研究。其中，正交波形设计主要针对目标的探测；发射方向图匹配设计和发射波形综合主要针对目标的跟踪，解决雷达系统空间能量的分布问题。

对于发射方向图匹配设计，在国际刊物上发表的较为有效的方法是Stoica Petre和Li Jian提出的半正定规划法(Semi-defined programming,SDP)，见[Stoica P.,Li J.,Xie Y..On probing signal design for MIMO radar.IEEE Trans.on Signal Processing.2007,Vol.55(8).4151-4161]，该方法根据给定的发射方向图在最小均方误差准则下，得到全局最优的信号协方差矩阵。但是，计算复杂度较高，尤其是在阵元较多的情况下，不能快速得到信号协方差矩阵。

对于发射波形综合，目前有效的方法是循环算法(Cyclic Algorithm，CA)，见[Stoica P.,Li J.,Zhu X..Waveform Synthesis for Diversity-Based Transmit Beampattern Design.IEEE Trans.on Signal Processing.2008,Vol.56(6).2593-2598]。该算法在满足信号是恒模的情况下，侧重考虑发射方向图的逼近问题，而没有考虑“空间合成信号”或者“回波信号”的相关特性。

实际中，对于雷达系统，不仅希望发射信号具有恒模特性，而且应该具有以下特性：

1）发射信号波形应具有期望的空间功率分布，即所形成的发射方向图要逼近期望的发射方向图。

2）空间合成信号或者回波信号具有较好的脉压特性，即回波信号的时域自相关峰值旁瓣电平要低。

3）不同方向回波信号应具有较好的互相关特性，即不同方向回波信号的时域峰值互相关电平要低。

在实际中，对于动目标来说，它们的方位、距离和径向速度时刻在发生变化。因此，对它们的电磁能量分配也要自适应于它们的变化，波形设计不仅要考虑以上的特性，而且应满足实时性。而上述已有的波形设计方法既没有考虑空间合成信号或者回波信号的相关特性，又不能够达到在线设计波形的工程要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于迭代FFT的MIMO雷达快速波形合成方法，以保证波形能够实时逼近期望空间功率分布，提高回波信号的时域脉压特性。

为实现上述目的，本发明的MIMO雷达快速波形合成方法，包括如下步骤：