[发明专利]基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法

摘要

本发明公开了一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，其主要思路为：确定圆柱阵集中式MIMO雷达，该圆柱阵集中式MIMO雷达收发一体，且包含N圈阵元，每圈阵元包含N_t个阵元，分别得到N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量进而计算N圈阵元的导向矢量根据计算集中式MIMO雷达接收波束形成的权重为进而计算集中式MIMO雷达接收波束形成的优化权重为将期望的发射方向图记为然后将按所述相位差列向量的排列顺序进行排列，得到期望发射方向图的列向量计算集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S的设计准则，进而计算最终的集中式MIMO雷达的波形矩阵

主权项

1.一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定圆柱阵集中式MIMO雷达，该圆柱阵集中式MIMO雷达收发一体，且包含N圈阵元，每圈阵元包含N_t个阵元，分别将第k圈阵元中第i个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差记为将第k圈阵元中第i个阵元的电场强度记为k＝1，2，…，N，i＝1，2，...，N_t，进而分别得到N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量θ表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测方位角，表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测俯仰角；步骤2，根据N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量计算得到N圈阵元的导向矢量步骤3，根据N圈阵元的导向矢量计算得到集中式MIMO雷达接收波束形成的权重进而计算得到集中式MIMO雷达接收波束形成的优化权重步骤4，将期望的发射方向图记为所述期望发射方向图为N_θ行列矩阵；然后将期望的发射方向图按所述相位差列向量的排列顺序进行排列，得到期望发射方向图的列向量所述相位差列向量的排列顺序为所述相位差列向量中探测方位角的大小顺序或所述相位差列向量中探测俯仰角的大小顺序；步骤5，根据N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量N圈阵元的电场强度列向量集中式MIMO雷达接收波束形成的优化权重和期望发射方向图列向量得到集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S的设计准则；其中，所述得到集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S的设计准则，其过程为：5a)根据实际需求，确定圆柱阵集中式MIMO雷达波形的码元长度N_s，则第k圈阵元的波形矩阵S_k为N_t行N_s列的复矩阵，即其中，si表示第k圈阵元的波形矩阵Sk在第i列发射的雷达波形，(·)^T表示转置，i＝1，2，…，N_s，k＝1，2，...，N，圆柱阵集中式MIMO雷达包含N圈阵元，N_t表示圆柱阵集中式MIMO雷达的每圈阵元个数；将第1圈阵元的波形矩阵S₁到第N圈阵元的波形矩阵S_N按所述N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量中阵元所在平面的排列顺序进行排列，得到集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S，S＝[S₁；S₂；...；S_k；...；S_N]，k＝1，2，...，N；5b)根据集中式MIMO雷达接收波束形成的优化权重计算得到圆柱阵集中式MIMO雷达接收波束不同方向的衰减系数并记为圆柱阵集中式MIMO雷达的互相关权重衰减系数，ii＝1，2，...，N_θ，jj＝1，2，...，N_θ，ii≠jj或pp≠qq；其中，N_θ表示将圆柱阵集中式MIMO雷达的方位角探测范围[θ_min，θ_max]等间隔均匀离散为方位角向量后包含的方位角个数，表示将圆柱阵集中式MIMO雷达的俯仰角探测范围等间隔均匀离散为俯仰角向量后包含的俯仰角个数，θ_ii表示第ii个方位角，表示第pp个俯仰角，θ_jj表示第jj个方位角，表示第qq个俯仰角；然后按照N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量的排列顺序对所述互相关权重衰减系数进行排列，得到圆柱阵集中式MIMO雷达的互相关权重衰减系数列向量所述相位差列向量的排列顺序为所述相位差列向量中探测方位角的大小顺序或所述相位差列向量中探测俯仰角的大小顺序；5c)根据所述N圈阵元的导向矢量计算得到集中式MIMO雷达第k圈阵元发射信号方向为的自相关θ表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测方位角，表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测俯仰角，集中式MIMO雷达第k圈阵元发射信号方向为发射信号方向为的互相关为k＝1，2，...，N，ii＝1，2，...，N_θ，jj＝1，2，...，N_θ，ii≠jj或pp≠qq；S表示集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵，表示第jj个方位角、第qq个俯仰角处的导向矢量，表示第ii个方位角、第pp个俯仰角处的导向矢量，J_c表示相位编码信号长度为c的转移矩阵，0≤c≤N_s，N_s表示每圈阵元包含的N_t个阵元各自发射的相位编码信号的长度，()^T表示转置；0_c×c表示c×c维全零矩阵，表示(N_s‑c)×(N_s‑c)维单位矩阵；根据圆柱阵集中式MIMO雷达的互相关权重衰减系数列向量计算得到集中式MIMO雷达第k圈阵元发射信号方向为和发射信号方向为的优化互相关5d)根据集中式MIMO雷达第k圈阵元发射信号方向为的自相关和集中式MIMO雷达第k圈阵元发射信号方向为和发射信号方向为的优化互相关计算得到集中式MIMO雷达发射信号的峰值旁瓣电平ρ，5e)根据N圈阵元的导向矢量N_θ维方位角向量和维俯仰角向量计算得到圆柱阵集中式MIMO雷达的探测方位角‑探测俯仰角矩阵B，表示第ν个方位角θ_v、第μ个俯仰角处的导向矢量，则将圆柱阵集中式MIMO雷达的发射信号在空间合成的方向图记为b，b＝diag((B^HSS^HB)/N_s)，进而计算得到圆柱阵集中式MIMO雷达的发射波束与期望发射波束差值的最大值b，其中，上标H表示共轭矩阵，diag表示矩阵对角元素的向量化操作，b_p表示期望发射方向图列向量β表示尺度因子参数，|·|表示取模值，N_s表示每圈阵元包含的N_t个阵元各自发射的相位编码信号的长度，S表示集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵；5f)根据圆柱阵集中式MIMO雷达的发射波束与期望发射波束差值的最大值b，得到集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S的设计准则；步骤6，根据集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S的设计准则，计算得到最终的集中式MIMO雷达的波形矩阵