[发明专利]基于坐标下降算法的MIMO雷达发射波形合成方法

说明书

本发明公开了一种基于坐标下降算法的多输入多输出MIMO雷达发射波形合成方法，主要解决现有技术合成的发射波形不具备抗干扰功能和恒模特性的问题。本发明的具体步骤为：1、构建干扰空域导向矢量；2、构建发射信号协方差矩阵；3、合成多输入多输出恒模发射波形矩阵；4、采用下式的坐标下降算法，修正多输入多输出恒模发射波形矩阵中的元素；5、将多输入多输出恒模发射波形矩阵中的各行元素作为雷达各阵元的发射波形。本发明可以合成具有抗干扰功能和恒模特性的多输入多输出MIMO雷达发射波形。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，更进一步涉及认知雷达技术领域中的一种基于坐标下降算法的多输入多输出MIMO(Multiple Input Multiple Output)雷达发射波形合成方法。本发明可以根据对方干扰源的位置信息，以及雷达探测目标的位置信息，快速地合成具有抗干扰功能的MIMO雷达发射波形矩阵。

背景技术

数字元器件在雷达系统中的普遍应用产生了MIMO雷达，区别于传统相控阵雷达，MIMO雷达各阵元可以发射不同的信号,正是这种波形分集能力使MIMO雷达与传统相控阵雷达相比，具有更多的优势。MIMO雷达可以根据收发天线的间距大小分为分布式MIMO雷达和集中式MIMO雷达。对于分布式MIMO雷达，因为各个天线对目标的观测角度不同且回波具有独立性。因此，统计意义下，分布式MIMO雷达可以克服目标的闪烁效应。集中式MIMO雷达具有自由设计各阵元发射波形的能力，相较于相控阵雷达，其自由度有显著地提高，因此具有自适应发射方向图设计能力。在雷达的实际工作环境中，通常存在着干扰，这些干扰影响雷达检测目标的能力。因此，雷达有必要在发射端通过设计发射波形来降低回波信号中的干扰功率。MIMO雷达可以通过对发射波形矩阵的设计来获得特定的方向图，从而实现抗干扰的目的。

S Imani等人在其发表的论文“Transmit Signal Design in Colocated MIMORadar Without Covariance Matrix Optimization”([J].《IEEE Transactions onAerospace&Electronic Systems》,2017,PP(99):1-1)中提出了一种基于半正定松弛(SDR：Semidefinite Relaxation)的MIMO雷达发射波形合成方法。该方法的基本步骤是：首先根据先验信息得到期望发射方向图，然后根据期望发射方向图构建SDR模型，求解此模型即可得到MIMO雷达发射波形矩阵。该方法存在的不足之处是：SDR模型仅以最小二乘准则逼近期望发射方向图，忽略了抗干扰条件，所以利用SDR模型合成的发射波形并不能实现抗干扰功能。

中国电子科技集团公司第二十八研究所拥有的专利技术“一种MIMO雷达发射方向图与波形设计方法”(申请号：201510299652.4授权公告号：CN 105158736B)中公开了一种MIMO雷法发射方向图和波形设计方法。该专利技术的具体步骤是：首先根据先验信息对期望发射方向图建模，然后将发射信号构造为一组正交序列的加权求和，通过借鉴并改进DPS序列生成原理设计关于正交序列的个数和权值的优化问题，通过求解所述优化问题同时获得优化波形和优化发射方向图。该方法存在的不足之处是：在雷达实际工作中，为了保证每个阵元发射功率放大器的最大工作效率，要求发射波形必须具有恒模特性，而该方法不能产生恒模的发射波形。

发明内容

本发明的目的针对上述现有技术的不足，提出一种基于坐标下降算法的多输入多输出MIMO雷达发射波形合成方法。方法可以产生恒模的发射波形，从而保证雷达天线每个阵元发射功率放大器的最大工作效率。此外，方法可以依次修正多输入多输出恒模发射波形矩阵中的每一行元素从而保证发射波形具有抗干扰功能。

为了实现上述目的，本发明的具体步骤包括如下：

(1)构建干扰空域导向矢量：

将对方干扰源方位角代入干扰导向矢量公式，得到干扰空域导向矢量；

(2)构建干扰子空间矩阵：