[发明专利]一种改善天波雷达慢时间相位编码信号多普勒容限的方法

说明书

一种改善天波雷达慢时间相位编码信号多普勒容限的方法，本发明涉及天波雷达慢时间相位编码信号多普勒容限的方法。本发明的目的是为了解决现有天波雷达LFMCW慢时间相位编码所造成的多普勒容限低的问题。过程为：1：设天波MIMO雷达发射站有M个发射阵元，探测周期信号构成一组慢时间相位编码信号，第m个发射阵元发射的信号为s_m(t)；2：确定慢时间相位编码；3：确定快时间相位编码信号的脉冲宽度；4：计算快时间正交信号的个数；5：计算快时间相位编码信号的码元宽度；6：计算快时间相位编码的码元个数；7：得到优化后的快时间正交编码多相集的相位矩阵；8：得到最终MIMO雷达的发射信号。本发明涉及雷达通信领域。

技术领域

本发明涉及雷达通信领域，具体涉及改善天波雷达慢时间相位编码信号多普勒容限的方法。

背景技术

MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)雷达是指通过发射多种信号(即利用波形分集能力)探测某一目标，并采用相似的多种样式进行信号的接收处理的任何雷达系统。MIMO雷达在发射端和接收端均采用多天线技术，各发射阵元控制每个通道的发射波形，同时辐射相互正交的信号。在接收端，每个阵元接收所有发射信号并进行信号分选，这样的并行多通道获取信息的能力大大提高了雷达系统的总体性能。与传统相控阵雷达相比，MIMO雷达具有抗截获能力高、检测弱目标能力强，有利于在强杂波中检测低速目标等优点。

天波雷达工作在短波波段(3-30MHz)，利用电磁波沿电离层返回散射传播机理，实现远距离探测，探测范围可达到800-3000公里。然而由于天波雷达工作方式高度依赖电离层状态，使得回波信号受到电离层干扰等后易出现回波谱频移和展宽现象，天波雷达面临目标探测参数精度差、海面船舰和低空飞行目标难以探测等困难。MIMO技术与天波雷达结合可以将MIMO体制的优势与天波雷达相结合，得到了广泛的研究。

MIMO雷达系统的性能与发射正交波形的选择以及波形性能息息相关。线性调频连续波慢时间相位编码是天波MIMO雷达中使用的一种波形，不同探测周期的发射信号相位构成一组正交的相位编码，快时间上采用线性调频连续波信号。不同的发射子阵采用彼此正交的相位编码，达到信号分集的目的。由于引入了慢时间相位编码，将原有信号的多普勒域平均分为了M份(M为正交波形的个数)，每一个正交信号占据一份，导致整体信号的多普勒容限下降了M倍，这样导致慢时间相位编码正交波形的有效无模糊多普勒频率测量范围为各个子多普勒频段，即原信号多普勒范围的1/M，从而使得雷达最大不模糊距离与最大不模糊速度矛盾更加突出，限制了该波形在天波MIMO雷达环境中的应用。

针对多普勒容限降低的问题，赵志国《MIMO天波雷达波形综合分析与改进》提出随机相位编码STRPC，即将噪声波形(随机相位编码信号而非LFMCW慢时间相位编码信号的多普勒相位编码)和具有较好多普勒容限的LFM相结合得到的STRPC，该波形具有较大的最大探测距离和较好的多普勒容限，但是多普勒噪声噪底被抬高，影响弱目标检测。专利《一种LFM信号及其模糊函数优化方法》中针对LFM-PC信号多普勒敏感，抗干扰能力较差的问题提出基于极小化峰值旁瓣电平准则建立优化模型，采用序列二次规划法优化模糊函数，从而增大多普勒容限。Lin Wang在《Radar waveform design under the constraint of auto-correlation,orthogonality and Doppler tolerance》中为了满足雷达正交和高多普勒容限的要求提出将自相关、互相关和多普勒容限特性作为参考，通过调整代价函数中的权重因子的方法，可以满足正交性能和高多普勒容限的要求，同时采用具有较大多普勒容限的调相码作为初始序列，设计出不同相位编码波形来满足不同的要求。S.Zhou在《Waveformconstruction for distributed radar with high Doppler tolerance》中为了解决多相编码信号在距离压缩时多普勒敏感问题，提出一种波形重构的方法构造多组正交多相编码信号，首先得到设计具有高多普勒容限的种子多相编码信号，然后仅基于种子多相编码信号构造一组近似正交的多相编码信号，其中高多普勒容限是通过一种新的基于旁瓣抑制的波形设计准则来实现的。