[发明专利]一种OTH雷达发射波形的生成方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达通信技术领域，特别涉及一种基于被检测目标的参数估计性能的OTH雷达发射波形生成方法。 

背景技术

超视距雷达（OTH）雷达可以克服地球曲率，对视距以外的目标进行探测和跟踪。天波OTH雷达发射的高频电磁波以电离层作为传输媒介，信号处理需要在海杂波中检测目标和估计参数。随着多输入多输出（MIMO）技术引入雷达领域并得到深入研究，MIMO技术应用到OTH雷达也得到了关注。将MIMO技术用于OTH雷达的系统称为MIMO-OTH雷达系统。 

以往的相控阵OTH雷达发射波形基本限于线性调频连续波，其载频由经验选择而定。众所周知，OTH雷达的效能跟电离层状态密不可分，电离层的状态与诸多因素有关，包括地理经纬和太阳活动等，并且电离层是不稳定的。这些不定的因素对传统的发射波形模式提出了挑战。 

电离层对经过的信号会产生相位污染，给目标检测和参数估计带来困难。尤其是OTH雷达通常照射的区域为海面，因此海杂波特别强烈。以往OTH雷达中对电离层和海杂波的处理相对简单。OTH雷达中常见的信号处理方法得到的是射线距离和径向速度，再转换到地球坐标才能得到检测目标的真实参数。这种处理方法仅在数据处理阶段计算目标的地面位置和径向速度，而在信号处理阶段未能充分利用OTH雷达通过电离层折射和反射探测目标的具体场景。 

将MIMO技术应用到OTH雷达中，引入的“多径”可以提供分集增益。多载频的MIMO信号与多层的电离层形成了大量多径，可提供分集增益。载频不同的信号是相互正交的（频率间隔大于带宽），保证了各分量可分离。根据电离层探测设备，OTH雷达可以提供电离层的电子浓度图，推导出发射信号的射线轨迹；地面二维布阵，可为雷达系统提供俯仰角上的分辨率；这些提供了直接估计目标的地面距离和运动速度的实现基础。 

发明内容

本发明的发明目的在于：基于被检测目标的参数估计性能，提供一种OTH雷达发射波形的生成方法，以提高OTH雷达系统的检测性能。 

本发明的OTH雷达发射波形的生成方法，包括下列步骤： 

步骤S101，根据当前可用频段和探测要求，获取可能的待发射波形； 

步骤S201，获取雷达基站参数，包括发射天线个数M、接收天线个数N，接收阵元间距 d、发射信号能量E_s、第m个发射天线的待选发射信号波形s_m(t)，第m个发射天线的发射载频fm； 

电离层状态参数，包括层数I、各层对应的最大电子浓度f_ci、高度z_i、半厚度y_i、及电离层频移的方差 海杂波参数，包括正负Bragg分量的幅度、Bragg峰的位置、与目标同个距离单元的时延 噪声基底参数 

步骤S301，基于步骤S201获取的参数，对费希尔信息矩阵F(θ)求逆，得到F^-1(θ)； 

步骤S401，选取使得矩阵F^-1(θ)中，对角线上的第一元素和第二元素最小的波形作为第m个发射天线的发射波形。 

本发明的有益效果是：用本发明的波形生成方法得到的发射波形，能够在当前电离层状况下，优化对决目标参数估计性能，本发明可适用于随雷达基站参数、电离层状态、海杂波状况以及可用频段等变化下的各种情况，也同样适用于MIMO-OTH雷达和传统的相控阵OTH雷达。 

具体实施方式

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。 

本发明的思想是，根据OTH雷达的电离层探测设备得到的电离层相关数据（层数，最大电子浓度，半厚度，高度）可推算出发射信号的传播路径；结合雷达基站参数（发射天线个数、接收天线个数，接收阵元间隔（各接收天线间的间隔））和估计得到的海杂波参数（Bragg频率，幅度），就可以联合估计电离层相位污染频率和目标参数（地面距离，运动速度），再基于雷达系统对发射波形的要求（发射信号个数，可用频段），就可以计算出关于发射波形关于目标的地面距离、速度和各路径电离层相位污染频率的联合估计的克拉美罗界，从而从可能的待发射波形中选择出在当前环境下最优的波形作为OTH雷达的发射波形，以提高OTH雷达的检测性能。