[发明专利]一种基于模板匹配的频谱置零信号设计方法

说明书

本发明公开了一种基于模板匹配的频谱置零信号设计方法，属于雷达信号处理领域，特别涉及一种雷达快时间域信号设计方法，适用于在窄带干扰环境下雷达抗干扰或频谱资源紧张下的多系统频谱共存。针对模板匹配拟合问题，本发明具有更快的下降速度和收敛速度，与模板的拟合效果更好，能实现更好的优化效果，此外本发明使用的算法相对于其他模板算法拥有更低的计算复杂度，提高了算法效率。

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，特别涉及一种雷达快时间域信号设计方法，适用于在窄带干扰环境下雷达抗干扰或频谱资源紧张下的多系统频谱共存。

背景技术

由于电磁频谱资源的有限性以及电磁空间应用的快速发展，频谱资源愈发紧张，谱兼容问题愈发凸显。现代战场环境中雷达与及时无线通讯，侦测遥感，导航等无线应用的频谱相互重叠交织。频谱重叠造成了各应用之间的互扰，同时严重影响了雷达探测性能，因此解决雷达与各应用间的频谱兼容问题非常重要，雷达系统对发射波形的频谱利用有效性的需求日益增加。我们可以通过电磁环境感知，获得功率谱信息，进而通过设计波形防止雷达信号与民用信号相互干扰，以及敌意干扰的影响。

通过电磁环境感知过程获得动态谱估计信息，辅助设计相位编码波形的相位序列，从而调整波形的功率谱密度分布，是解决频谱兼容问题的有效方法。为切合实际应用的场景，雷达发射信号通常需要满足一些约束条件。具体而言，为充分利用雷达发射机的发射功率，设计的信号满足能量约束和峰均比(PAR)约束。假设需要设计的波形在归一化频率上的某几个频段上具有很低的功率谱密度，通过最小化设计信号的频谱与设计模板的协方差使得设计波形的频谱接近期望模板。文献“P.Ge,G.Cui,S.M.Karbasi,L.Kong,and J.Yang,``A template fitting approach for cognitive unimodular sequence design,”Signal Processing,vol.128,pp.360–368,Nov.2016”利用容差迭代递减原理在算法中使得设计波形的功率谱与自相关函数逐步迭代逼近模板，进而实现频谱兼容与目标探测性能要求。然而，该方法优化性能有限，采用恒模约束非PAR约束。

发明内容

针对窄带干扰环境下频谱共存问题，本发明假设目标抗窄带干扰，如其他通信系统，考虑PAR约束和能量，通过最小化设计信号的频谱与设计模板的协方差，提出了一种基于模板匹配的频谱置零信号设计方法。本发明的实现思路是，首先根据频谱环境建立模板，并推导目标函数；然后构造优化问题，最后求解该优化问题。

本发明的技术方案是：一种基于模板匹配的频谱置零信号设计方法，其包括如下步骤：

步骤1:建立问题模型；

考虑发射波形s＝[s(1),s(2),…,s(N)]^T是N×1维的快时间信号，(·)^T表示转置；定义其频谱的通带和阻带分别为Ω_pass和Ω_stop，且满足Ω_pass∪Ω_stop＝{0,1,…,N-1}；s(n)表示相位编码波形的第n个码字，信号s的离散傅里叶变换为y，f_i为归一化频率的第i个格点；假设期望的能量谱密度模板p(i)为

其中：ζ表示阻带期望幅值，为令信号的ESD接近期望的ESD模板，定义目标函数为

其中，表示频率为f_i时的傅里叶变换向量，w(i)≥0,i＝0,…,N-1为对第i个频率格点的权重，α是期望ESD和设计ESD能量的匹配尺度因子；|·|表示求模；

此外，发射信号s满足能量约束和峰均比(PAR)约束，即

s^Hs＝N