[发明专利]一种基于频控阵MIMO雷达的低截获系统的设计方法

说明书

本发明公开了一种基于频控阵MIMO雷达的低截获系统的设计方法，采用如下方法设计波形：S0：初始化迭代次数，随机初始化发射波束矩阵；S1：固定当前的发射波束矩阵，计算第k次迭代下的接收滤波器；S2：固定本次迭代下的接收滤波器，利用类功率迭代法更新发射波束向量；S3：重复步骤S1～S2，至迭代结束；S4：基于最终的发射波束矩阵和接收滤波器设计低截获的频控阵MIMO雷达系统。本发明以最小化频控阵MIMO雷达的发射能量辐射和最大化输出信干噪比为目标，在考虑干扰和噪声环境以及天线上发射能量约束下，将优化准则构造成单个分式规划的最小化问题，本发明在目标区域上形成零陷，降低了雷达被截获概率，同时实现了最大化输出SINR。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，具体涉及一种基于频控阵MIMO雷达的低截获系统的设计方法，用于抑制干扰和噪声信号，在探测目标的同时降低雷达被截获的概率。

背景技术

在现代电子对抗中，日趋多变复杂的雷达电磁环境对低截获技术提出了新的要求，希望雷达系统能够根据目标和环境的变化，而实时地调整发射端的各项参数指标，以达到更好的低截获效果。低截获概率(Low probability of intercept,LPI)雷达能够探测目标的同时降低被敌方发现的概率，为雷达及其载体的安全性提供保障，研究LPI雷达及其实现技术显得日益迫切，而通过有效的技术使得敌方无法获得雷达发射的辐射能量更是关键所在。

低截获技术在雷达发射端的研究主要包括三个方面：1)将能量分散在频率域中，设计超宽带波形；2)将能量分散在时间域中，设计出高占空比的波形；3)将能量分散在空间域中，设计出较宽的天线辐射方向图主瓣。已有考虑LPI的文献以相控阵为研究对象，利用相控阵实现波束的空间扫描，但相控阵的缺点是其阵列方向图与距离无关，只能实现阵列信号的定向，而不能实现特定区域的能量控制。

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多入多出)雷达的概念自2003年一经提出，涌现出了大批学者就其关键技术和相关的方面进行了深入研究。相比相控阵，MIMO雷达具有诸如更好的分辨率、目标检测性能和目标参数估计性能等多方面的明显优势。此外，MIMO雷达通过波形分集技术，在空间形成低增益的宽波束，从而能降低雷达被截获的概率。由于目标检测和参数估计依赖于输出信干噪比(Signal to Interference plus NoiseRatio,SINR)，近年来关于最大化输出SINR的MIMO雷达设计得到关注。注意到已有的一些SINR联合设计，采用迭代优化和半正定松弛(semidefinite relaxation,SDR)技术，但每次迭代中，求解秩1的SDR问题需要很高地计算复杂度，收敛性也无法保证。

频控阵(Frenquency diverse array,FDA)技术作为一种最新雷达技术，其阵列因子是角度、时间和距离的函数；与相控阵波束不依赖距离参数特性不同，频控阵最主要的特点是阵列方向图具有距离依赖性，而且能够有效地控制其发射波束的距离指向。于是，将频控阵和MIMO技术应用到LPI雷达中，能够实现发射波束的信号能量在感兴趣的区域形成较小的能量辐射，同时通过展宽发射波束宽度降低其发射信号的峰值功率，从而为降低雷达被截获提供一种新的思路。

发明内容

本发明的目的在于针对现有低截获雷达的缺点，提供一种基于频控阵MIMO雷达的低截获系统的设计方法，该方法和系统在降低频控阵MIMO雷达截获概率的同时，可最大化输出SINR。

本发明思路为：

以最小化频控阵MIMO雷达的发射能量辐射和最大化输出SINR为目标，在考虑干扰和噪声环境下，构造单分式规划的优化问题；接着利用循环迭代法，将优化问题转化成两个子优化问题：在发射加权矩阵W固定时，利用MVDR法(自适应波束形成法)求解接收滤波器x；在接收滤波器x固定时，利用类功率迭代法求解发射加权矩阵W。

本发明技术方案如下：

一种基于频控阵MIMO雷达的低截获系统的设计方法，包括：