[发明专利]一种基于恒模约束的MIMO雷达非对称方向图设计方法

说明书

本发明公开了一种基于恒模约束的MIMO雷达非对称方向图设计方法，利用改进Taylor窗函数和逆傅里叶变换设计一种具有恒定模值的非对称副瓣方向图及其加权系数，并通过二次波束约束在上述非对称方向图基础上形成深零陷，避免转发式干扰恶化主要目标增益；各发射天线加权系数在不同波束指向下幅值保持一致，仅通过移相器调整相位即可实现扫描；方向图具有非对称特性，在指定一侧可以形成更低的副瓣电平，减小杂波对系统性能影响。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种基于恒模约束的MIMO雷达非对称方向图设计方法。

背景技术

MIMO雷达作为一种新体制雷达系统，在目标检测和参数估计方面性能改善明显，其核心思想在于利用多组发射天线发射相互正交的波形并利用多组接收天线接收目标回波。根据发射阵列及接收阵列的布阵间隔，可以将MIMO雷达分为分布式MIMO和集中式MIMO两种。前者阵元间距较大，且收发阵列相距较远，目标的发射角和到达角不一致。由于电磁波在空间中传播导致的多径效应，分布式MIMO能够有效抑制因目标RCS闪烁带来的性能损失；后者阵元间距较小，且收发阵列相距较近，同一目标的发射角和到达角可认为一致。发射信号波形相互正交，在空间中不存在幅度叠加，接收端利用匹配滤波可以分离出全部信号分量，从而提高系统增益及自由度，额外的系统自由度使得MIMO方向图设计更加灵活多变。

MIMO雷达方向图设计，关键技术涉及正交波形设计、发射信号协方差矩阵设计和发射信号波形设计，其主要目的为将发射天线的能量集中至感兴趣的方向并尽量减少非感兴趣方向的干扰回波分量。部分研究集中于先优化发射信号协方差矩阵，使其对应的发射方向图与期望方向图在最小均方误差准则下达到最优，然后利用凸优化或者迭代法等方法求解此时的发射信号，比如[H.Xu,R.S.Blum,J.Wang and J.Yuan,Colocated MIMO radarwaveform design for transmit beampattern formation,in IEEE Transactions onAerospace and Electronic Systems,vol.51,no.2,pp.1558-1568,April 2015.]；亦有学者提出一种无需设计信号协方差矩阵的MIMO雷达波形设计方法，比如[S.Imani,M.M.Nayebi and S.A.Ghorashi,Transmit Signal Design in Colocated MIMO RadarWithout Covariance Matrix Optimization,in IEEE Transactions on Aerospace andElectronic Systems,vol.53,no.5,pp.2178-2186,Oct.2017.]。

考虑到工程应用，发射天线系数恒模问题尤为重要。在不同的波束指向下各天线单元的加权系数保持幅值一定，这使得仅通过移相器即可实现波束扫描。相关研究包括[P.Stoica,J.Li and X.Zhu,Waveform Synthesis for Diversity-Based TransmitBeampattern Design,in IEEE Transactions on Signal Processing,vol.56,no.6,pp.2593-2598,June 2008.]和[G.Cui,H.Li and M.Rangaswamy,MIMO Radar WaveformDesign With Constant Modulus and Similarity Constraints,in IEEE Transactionson Signal Processing,vol.62,no.2,pp.343-353,Jan.15,2014.]。

然而在某些应用场合，比如针对低小慢目标检测的地基雷达，要求方向图在靠近地面那一侧具有更低的副瓣电平，并且具备一定的零陷形成能力对抗非感兴趣目标。此时发射方向图设计的目标有：各发射天线加权系数在不同波束指向下幅度保持一致；方向图副瓣非对称且具有零陷形成能力。针对这两个问题，已有方法尚不能达到设计要求。

发明内容