[发明专利]一种基于FDA-MIMO雷达最优频偏估计的杂波抑制方法

权利要求书

1.一种基于FDA-MIMO雷达最优频偏估计的杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立FDA-MIMO雷达模型，获取FDA-MIMO雷达每个阵元发射的窄带信号并接收回波信号，并建立目标信号、杂波以及回波信号的模型；

S2、基于目标信号、杂波以及回波信号的模型，采用加权模值方法获取FDA-MIMO雷达模型中频偏的最优表达式；

S3、采用遗传算法对频偏的最优表达式进行求解，得到优化后的频偏；

S4、将优化后的频偏带入FDA-MIMO雷达模型进行杂波抑制；

步骤S1的具体方法包括以下子步骤：

S1-1、根据公式：

f_m＝f₀+(m+1)Δf,m＝1,2,...,M

获取第m个发射阵元的发射载频f_m；其中f₀表示第一个发射阵元的参考载频，Δf表示载频附加的频偏，M表示发射阵元总数；

S1-2、根据公式：

S_m(t)＝exp{j2πf_mt}φ_m(t),0≤t≤T_P

获取第m个发射阵元发射的窄带信号S_m(t)；其中π为常数，T_P为脉冲宽度，φ_m(·)为发射归一化包络的正交波形，exp表示以自然常数e为底的指数函数，t为脉冲信号的时间，j表示虚部；

S1-3、根据公式：

获取第n个接收阵元接收到从第m个发射阵元发射的信号的时间延迟τ_mn；其中c为光速，d为阵元间距，θ为辐射角度，r为空间距离；

S1-4、根据公式：

获取第n个接收阵元接收到的第k个脉冲的运动目标的回波信号y_nk(t)；其中ξ为复反射系数，τ_mnk为第n个接收阵元接收到第m个发射阵元发射的第k个脉冲的时间延迟，τ_11k表示远场窄带场景中波形集中时间延迟；

S1-5、从y_nk(t)中提取第m个发射阵元发射的第k个脉冲信号被第n个接收阵元接收到的信号y_m,n,k，并根据公式：

y_m,n,k＝ξexp(j2π(m-1)f_T)exp(j2π(n-1)f_R)exp(j(K-1)f_d)

获取信号的发射空间频率f_T、信号的接收空间频率f_R和多普勒频率f_d；其中λ₀为发射信号的波长，T为脉冲重复周期，K为第m个发射阵元发射的脉冲总数，r_c为杂波到运动平台的距离，θ_c为杂波与阵列的轴线锥角，v_p为运动平台的速度，θ_p为杂波与运动平台的锥角；

S1-6、根据公式：

获取发射导线矢量a_T、接收导向矢量a_R和多普勒导向矢量a_d；其中[·]^T表示矩阵的转置；

S1-7、根据公式：

获取目标信号S(t)和杂波信号C(t)；其中ξ_s为目标的散射系数，a_TS为目标信号的发射导向矢量，a_RS为目标信号的接收导向矢量，a_dS为目标信号的多普勒导向矢量，为克罗内克积，ξ_ic为杂波散射单元的系数，N_c为杂波散射单元的数目，a_TC为杂波的发射导向矢量，a_RC为杂波的接收导向矢量，a_dC为杂波的多普勒导向矢量；

S1-8、根据公式：

x(t)＝S(t)+C(t)+n(t)

建立目标信号、杂波以及回波信号的模型x(t)；其中n(t)为均值为零的高斯白噪声；

步骤S2的具体方法包括以下子步骤：

S2-1、根据公式：

获取MVDR波束形成器的最优权矢量w_opt；其中t_s为目标信号的导向矢量，R_x为空间相关矩阵，R_x＝E{x(t)x^H(t)}，E为求期望操作，(·)^H为厄米特转置，为采样协方差矩阵的逆矩阵，μ为常数；

S2-2、基于加权模值方法，根据公式：

得到FDA-MIMO雷达模型中频偏的最优表达式；其中为杂波和噪声的协方差矩阵的逆矩阵，||·||为求范数操作；

步骤S3的具体方法包括以下子步骤：

S3-1、初始化遗传算法的种群数目NP、染色体二进制编码长度L、最大迭代次数G、交叉概率P_c和变异概率P_m，预设频偏的最大值Δf_max和最小值Δf_min；将当前迭代次数初始化为0；

S3-2、随机生成初始种群，得到初始频偏向量Δf_init＝[Δf_init1,Δf_init2,...,Δf_initNP]；每个频偏个体的数值均位于Δf_max与Δf_min之间；

S3-3、获取当前频偏向量中每个个体的适应度；

S3-4、将算子作用于当前频偏向量，根据每个个体的适应度按照由高到低进行排序，获取初代最优频偏；其中表示种群中第q个个体的适应度；

S3-5、采用当前最优频偏与其他偶数位的所有频偏进行交叉，每次交叉均得到一个新频偏；

S3-6、将交叉得到的频偏作为父群体，按照变异概率对父群体进行多点变异，得到子群体；

S3-7、获取子群体中每个个体对应的适应度，将子群体和父群体合并，得到合并群体；

S3-8、根据合并群体中每个个体的适应度按照由高到低进行排序，获取前NP个频偏组合成新频偏向量；

S3-9、将当前迭代次数加1，判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数，若是则输出具有最大适应度的频偏作为优化后的频偏；否则返回步骤S3-4。