[发明专利]基于MIMO雷达的凹口方向图波形综合设计方法

说明书

本发明公开一种带有凹口方向图的波形综合方法，解决现有发射信号的方向图不能在干扰方向形成凹口的问题。其实现方案为：1.求发射信号的最优协方差矩阵和干扰子空间，构造带有凹口方向图的代价函数；2.用序列无约束极小化方法将代价函数转化为无约束函数；3.用块梯度下降法将无约束函数优化得到最终的代价函数；4.对最终的代价函数求解得到闭式解；5.用闭式解修正初始发射信号得到修正后的发射信号矩阵；6.判断修正后的发射波形是否满足抗干扰条件：若满足，将修正后的发射波形作为雷达的发射波形，若不满足，将优化后的发射信号作为初始发射信号，返回5继续迭代。本发明能合成带有凹口方向图的恒模发射波形，可用于发射波形的设计。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，更进一步涉及一种凹口方向图的波形综合设计方法，可用于在满足方向图凹口要求下，设计恒模条件约束的发射波形矩阵，同时使其逼近最优的发射波形协方差矩阵。

背景技术

MIMO雷达具有多个发射天线和接收天线，已成为目前雷达技术领域的一个新的研究热点。可根据天线的稀疏程度，将MIMO雷达可分为分布式和集中式两类：天线间距较大的被称为分布式MIMO雷达，它具有空间分集增益性能，可以提高对闪烁目标的探测能力；对于天线间距较小的集中式MIMO雷达来说，它的每副天线或者每个阵元可以自由的选择发射信号波形，即具有波形分集能力，从而具有对空间目标更高的分辨率，对低速运动目标更好的灵敏度和对一般目标更佳的参数识别能力。

在雷达的实际工作环境中，通常存在着干扰，这些干扰会影响雷达检测目标的能力。可以通过合理设计发射信号波形，综合发射方向图，动态管理雷达系统的电磁能量对该干扰进行消除。波形设计时，可在满足发射方向图凹口的条件下，同时使发射波形逼近信号的最优协方差矩阵，从而得到最终的发射波形。

波形综合设计代价函数是：

其中，R为最优的发射波形协方差矩阵，X为M×L的发射波形矩阵，M为阵元个数，L为发射信号码长，c_m为第m个阵元的发射功率，||·||_F表示矩阵的Frobenius范数

此代价函数表示：在恒模条件约束下使发射波形矩阵X的协方差矩阵尽可能地逼近最优的发射波形协方差矩阵R，当方向图仅有主瓣时，此代价函数求得的发射波形矩阵可以很好地拟合最优的发射波形协方差矩阵；当方向图同时带有主瓣和凹口时，此代价函数仅能在主瓣处很好地拟合最优的发射波形协方差矩阵R，而在凹口处不能很好地拟合，但是在发射方向图中，凹口具有抑制干扰的作用，凹口越深，对干扰抑制的能力越强，上述代价函数不能在干扰方向产生凹口，从而无法有效的抑制干扰，影响对目标的检测性能。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于MIMO雷达的凹口方向图波形综合设计方法，以在干扰方向产生深凹口，抑制干扰，设计出与最优的发射信号协方差矩阵相匹配的恒模发射信号，提高对目标的探测性能。

本发明的技术关键是设计代价函数，通过该代价函数的约束条件控制信号和干扰空间的正交性，正交性参数ρ设计越低，发射方向图的凹口越深，干扰抑制能力越强；通过恒模约束条件约束发射信号的幅值大小；通过目标函数设计逼近最优协方差矩阵的发射信号，其实现步骤包括如下：

(1)计算发射信号的最优波形协方差矩阵R和干扰子空间U，构造带有凹口方向图的波形综合代价函数：