[发明专利]一种面向多目标ISAR成像任务的MIMO雷达波形优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号与信息处理技术，具体涉及一种针对多目标ISAR成像任务的MIMO雷达波形优化设计方法。

背景技术

MIMO(Multiple Input Multiple Output)雷达是近年雷达领域提出的一种新的雷达体制,它具有多个发射和接收天线。根据各天线间距的“远近”，MIMO雷达可分为统计型MIMO雷达和相参型MIMO雷达。相参型MIMO雷达具有较小的天线间距，远场目标回波对于收发天线阵来说都是相关的，且其各天线可发射不同信号而获得良好的波形分集增益。因此，MIMO雷达可以根据实际应用灵活地设计发射波形。

目前，MIMO雷达波形优化设计已成为研究热点，并取得了很多研究成果。为使雷达发射信号在空域合成期望发射方向图，杨晓超等《最小化旁瓣的MIMO雷达发射方向图优化算法》(电子与信息学报,2013,35(12):2815-2822)，王旭等在《一种基于先验信息的MIMO雷达发射方向图设计方法》(电子与信息学报,2013,35(12):2802-2808)中分别提出了相应办法。

但是，这些算法大都是根据跟踪、检测雷达任务的需要设计的窄带发射信号，并没有考虑成像任务对波形优化设计的需求。目标成像可为目标识别提供重要的目标特征，在雷达任务中占有重要的地位，且成像任务要求雷达发射与目标特征相匹配的宽带信号。

针对面向多目标ISAR成像任务的MIMO雷达波形优化设计，本发明将通过搜索和跟踪等方式获得各目标的先验信息以及成像对雷达发射波形的带宽限制作为波形优化的重要约束条件，在此基础上建立面向多目标成像任务的波形优化模型，并通过共轭梯度算法进行求解，设计出了可同时实现对不同方位的目标进行成像的MIMO雷达发射波形。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提出一种面向多目标ISAR成像任务的MIMO雷达波形优化设计方法，包括下列步骤：

第一步：MIMO雷达发射相位随机的初始信号；

雷达发射假设MIMO雷达的发射阵列是由M个全向天线构成的均匀线阵，阵元间距为d，第m个阵元发射的信号可以表示为

式中x_m(t)表示第m个阵元发射的基带信号，f_c是信号载频，T_p是脉冲宽度，则发射信号在远场θ方向处合成的信号为

因此，在θ方向信号在频率f_c+nB/N处的功率谱可写为

其中

表示在频率f_c+nB/N处的导向矢量。

第二步：设计波形优化的模型，并对模型进行求解得到最优波形；

设第m个天线发射的波形表示为其中表示x_m(l)的相位，取q＝1；定义波形的相位矩阵为

因此，θ_k方向信号在第n个频点处的功率谱和θ_k方向的方向图可表示为

P_n(θ_k,Φ)＝|χ_n(θ_k,Φ)|²/N(7)

其中

针对方向图逼近和功率谱逼近建立关于相位矩阵的如下代价函数：

其中

τ_k(Φ)＝[U(θ_k,Φ)/N-u(θ_k)/N](10)

η_hn(Φ)＝[P_n(θ_h,Φ)-p_hn](11)

θ_k表示第k个离散方位角，K表示离散化方位角总数，u(θ_k)表示期望发射方向图，表示θ_h方向上第n个频点处的期望功率谱，表示目标方向，表示不同方位角处的方向图逼近权重，表示θ_h方向上不同频点处的功率谱逼近权重；代价函数的第1项表示方向图逼近，第2项表示目标方向功率谱逼近；因此，优化模型为

所述优化模型中目标方向信号发射功率的确定方法如下：

根据获取到的目标的飞行速度、位置以及RCS等信息以及雷达距离方程