[发明专利]一种相位编码信号生成方法及系统

说明书

本发明公开一种相位编码信号生成方法及系统，该方法包括：基于给定的序列长度和环境参数，通过一组基矩阵构建周期自相关旁瓣值优化模型；通过目标矩阵的替代矩阵更新优化模型以对优化变量进行降阶，并获得序列变量与优化变量之间的映射关系；根据所述映射关系对所述优化模型进行迭代以实现对序列变量的优化，在自相关旁瓣值达到阈值时停止，并输出优化序列作为相位编码信号序列。解决现有技术中连续主动声呐相位编码信号在强海洋噪声背景下自相关旁瓣过高等问题，实现对自相关函数特定时延区间旁瓣的抑制，得到在特定探测距离上具有优秀周期自相关性的相位编码信号，为主动声呐信号设计提供了一种快速有效的实现方案。

技术领域

本发明涉及主动声呐信号设计技术领域，具体是一种相位编码信号生成方法及系统。

背景技术

信号的自相关特性在信号处理领域具有非常重要的意义。低自相关旁瓣信号被广泛应用在雷达和声呐系统中，低自相关旁瓣特性意味着信号和其自身时延项几乎无关，可以确保雷达或声呐的匹配滤波器能够在滤除掉其他的干扰的同时提取到感兴趣目标的信息。因此在低旁瓣波形设计中，考虑对信号的自相关特性进行优化。由于相位编码信号的自相关取决于编码序列的自相关。所以低旁瓣信号设计等价于设计具有低旁瓣的编码序列。近年来，通过优化方法来设计多相序列成为低旁瓣信号波形设计的研究热点。研究者通常将这类设计问题转化为对积分旁瓣电平(Integrated Sidelobe Level，ISL)或加权积分旁瓣电平(Weighted Integrated Sidelobe Level，WISL)准则的最小化问题。

ISL准则是衡量信号自相关最常用的度量准则，其描述的是信号自相关的整体水平。由于设计自由度有限，基于ISL准则设计的信号不可能具有很低的旁瓣。考虑到实际应用需要，通过WISL准则可以获得在特定区间旁瓣几乎为0的信号。作为一种更普适的情况(ISL可以看作WISL权值全为1的特例)，WISL准则具有更高的灵活性，可以根据应用需要进行不同的低旁瓣区间设置。已有的算法包括在CAN算法(Cyclic Algorithm New)的基础上提出了加权的新循环算法WeCAN(Weighted Cyclic Algorithm New)[Stoica P,He H,LiJ.New algorithms for designing unimodular sequences with good correlationproperties[J].IEEE Transactions on Signal Processing.2009,57(4):1415–1425.]和基于MM框架(majorization-minimization)的非周期自相关算法[Song J,Babu P,PalomarD.Sequence design to minimize the weighted integrated and peak sidelobelevels[J].IEEE Transactions on Signal Processing.2016,64(8):2051–2064]。上述两种算法都是只针对非周期情况下的WISL准则进行信号序列设计。对于周期情况下的WISL准则，目前尚无有效的序列设计方法。而且WeCAN算法在长序列设计时比较费时，不能实时获得满足要求的信号序列。

在声呐领域，满足周期WISL准则的信号序列具有更重要的意义。原因主要有以下三点：一是由于水声环境的复杂性，存在混响、直达波以及信道多途效应对信号的干扰，信号的相关特性不如雷达领域信号那么优秀，很难得到ISL接近0的理想恒模信号，这时只降低某些特定时延区域的信号相关性就很有必要了；二是对于主动声呐而言，周期连续信号具有很好的探测性能，逐渐成为声呐波形设计领域的研究热点，有必要对周期信号的相关性进行进一步优化处理；三是WISL准则的不同权值特性有助于匹配滤波器处理时在任意感兴趣的时延区间抑制干扰，从而能够更准确提取不同距离上的目标信息。

发明内容