本發(fā)明屬于雷達(dá)波形獲取
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種基于圓柱陣的集中式MIMO雷達(dá)波形優(yōu)化方法，適用于降低相同方向信號(hào)的自相關(guān)旁瓣電平和不同方向的互相關(guān)電平，并且逼近期望的發(fā)射方向圖。
背景技術(shù)：
：共形陣天線通常是指陣列表面與載體平臺(tái)外形相吻合的特殊陣列流形，與傳統(tǒng)的平面陣天線相比，共形陣天線的特殊陣列流形使其各個(gè)陣元的朝向與曲面法向保持一致，從而使共形陣天線的波束掃描范圍從平面陣天線通常的±60°立體角擴(kuò)展到半空間，甚至全空間覆蓋，顯著提高了雷達(dá)的視場(chǎng)范圍；另外，共形陣天線能夠與高速飛行載體，諸如戰(zhàn)斗機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等充分共形，且不會(huì)破壞載體平臺(tái)的外形設(shè)計(jì)，不僅能夠大幅度降低飛行載體的雷達(dá)截面積(RCS)，提高電子系統(tǒng)在現(xiàn)代復(fù)雜電磁環(huán)境中的抗電磁干擾能力，而且還能滿足飛機(jī)、導(dǎo)彈高速飛行時(shí)的空氣動(dòng)力外形結(jié)構(gòu)要求，降低飛行器空氣阻力，極大提高了飛行器的生存力與戰(zhàn)斗力。但是，目前針對(duì)共形陣的研究主要是共形相控陣?yán)走_(dá)的研究，研究?jī)?nèi)容主要包括共形陣的陣元布陣、自適應(yīng)波束形成和共形陣空域信號(hào)處理等內(nèi)容；由于相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射端的自由度較少，通常產(chǎn)生一個(gè)主瓣的方向圖效果較好，但是同時(shí)產(chǎn)生多波束的方向圖效果通常較差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于圓柱陣的集中式MIMO雷達(dá)波形優(yōu)化方法，該種基于圓柱陣的集中式MIMO雷達(dá)波形優(yōu)化方法能夠降低相同方向信號(hào)的自相關(guān)旁瓣電平和不同方向的互相關(guān)電平，進(jìn)而得到最終的集中式MIMO雷達(dá)的波形矩陣。為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種基于圓柱陣的集中式MIMO雷達(dá)波形優(yōu)化方法，包括以下步驟：步驟1，確定圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)，該圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)收發(fā)一體，且包含N圈陣元，每圈陣元包含Nt個(gè)陣元，分別將第k圈陣元中第i個(gè)陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差記為將第k圈陣元中第i個(gè)陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度記為k＝1,2,…,N,i＝1,2,...,Nt，進(jìn)而分別得到N圈陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差列向量和N圈陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度列向量θ表示圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的探測(cè)方位角，表示圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的探測(cè)俯仰角；步驟2，根據(jù)N圈陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差列向量和N圈陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度列向量計(jì)算得到N圈陣元的導(dǎo)向矢量步驟3，根據(jù)N圈陣元的導(dǎo)向矢量計(jì)算得到集中式MIMO雷達(dá)接收波束形成的權(quán)重進(jìn)而計(jì)算得到集中式MIMO雷達(dá)接收波束形成的優(yōu)化權(quán)重步驟4，將期望的發(fā)射方向圖記為所述期望發(fā)射方向圖為Nθ行列矩陣；然后將期望的發(fā)射方向圖按所述相位差列向量的排列順序進(jìn)行排列，得到期望發(fā)射方向圖的列向量步驟5，根據(jù)N圈陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差列向量N圈陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度列向量集中式MIMO雷達(dá)接收波束形成的優(yōu)化權(quán)重和期望發(fā)射方向圖列向量計(jì)算得到集中式MIMO雷達(dá)N圈陣元的波形矩陣S的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；步驟6，根據(jù)集中式MIMO雷達(dá)N圈陣元的波形矩陣S的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，計(jì)算得到最終的集中式MIMO雷達(dá)的波形矩陣本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(a)本發(fā)明基于圓柱陣的MIMO雷達(dá)均勻分布在圓柱陣上，圓柱陣能夠掃描整個(gè)空間，使得本發(fā)明方法得到的集中式MIMO雷達(dá)波形能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)空間區(qū)域同時(shí)觀測(cè)；(b)本發(fā)明由于考慮了集中式MIMO接收波束形成時(shí)不同方向波束的衰減系數(shù)，因此能夠獲得更好的自相關(guān)旁瓣電平和互相關(guān)電平；(c)本發(fā)明基于圓柱陣的共形陣天線，并且基于集中式MIMO雷達(dá)，具有更多的自由度，進(jìn)而能夠獲得更好的發(fā)射方向圖。附圖說明下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的一種基于圓柱陣的集中式MIMO雷達(dá)波形優(yōu)化方法流程圖；圖2是本發(fā)明使用序列二次規(guī)劃算法求解波形設(shè)計(jì)準(zhǔn)則時(shí)的子流程圖；圖3是本發(fā)明使用的微帶天線H面的天線方向圖；圖4是使用本發(fā)明方法得到的集中式MIMO雷達(dá)波形不同方向的相關(guān)性示意圖；圖5是使用本發(fā)明方法得到的發(fā)射方向圖與期望方向圖的對(duì)比圖。具體實(shí)施方式參照?qǐng)D1，為本發(fā)明的一種基于圓柱陣的集中式MIMO雷達(dá)波形優(yōu)化方法流程圖；所述基于圓柱陣的集中式MIMO雷達(dá)波形優(yōu)化方法，包括以下步驟：步驟1，確定圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)，該圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)收發(fā)一體，且包含N圈陣元，每圈陣元所在平面之間相互平行，每圈陣元的半徑為R，并且每圈陣元包含Nt個(gè)陣元，所述Nt個(gè)陣元既是發(fā)射陣元也是接收陣元；每圈陣元所在平面的相鄰陣元之間的弧長(zhǎng)為l1，并且相鄰陣元各自所在平面的間距為l2；分別確定圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的方位角探測(cè)范圍[θmin,θmax]和俯仰角探測(cè)范圍以及分別確定圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的探測(cè)方位角θ和圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的探測(cè)俯仰角分別將第k圈陣元中第i個(gè)陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差記為將第k圈陣元中第i個(gè)陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度記為k＝1,2,…,N,i＝1,2,...,Nt，進(jìn)而分別得到N圈陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差列向量和N圈陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度列向量所述N圈陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差列向量為第1圈陣元所在平面中的Nt個(gè)陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位差到第N圈陣元所在平面中的Nt個(gè)陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位差所述第1圈陣元所在平面中的Nt個(gè)陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位差為第1圈陣元所在平面中的第1個(gè)陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位差到第1圈陣元所在平面中的第Nt個(gè)陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位差所述第N圈陣元所在平面中的Nt個(gè)陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位差為第N圈陣元所在平面中的第1個(gè)陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位差到第N圈陣元所在平面中的第Nt個(gè)陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位差所述N圈陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度列向量為第1圈陣元中Nt個(gè)陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度到第N圈陣元中Nt個(gè)陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度所述第1圈陣元中Nt個(gè)陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度為第1圈陣元中第1個(gè)陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度到第1圈陣元中第Nt個(gè)陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度所述第N圈陣元中Nt個(gè)陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度為第N圈陣元中第1個(gè)陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度到第N圈陣元中第Nt個(gè)陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度其中，θ表示圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的探測(cè)方位角，θ∈[θmin,θmax]，θmin表示探測(cè)方位角的最小角度，θmax表示探測(cè)方位角的最大角度，表示圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的探測(cè)俯仰角，表示探測(cè)俯仰角的最小角度，表示探測(cè)俯仰角的最大角度；并根據(jù)實(shí)際需要確定每圈陣元包含的Nt個(gè)陣元各自發(fā)射的相位編碼信號(hào)的長(zhǎng)度為Ns。步驟2，根據(jù)N圈陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差列向量和N圈陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度列向量計(jì)算得到N圈陣元的導(dǎo)向矢量其中，⊙表示點(diǎn)乘。具體地，將N圈陣元平面中的每圈Nt個(gè)陣元在方向的電場(chǎng)強(qiáng)度和相位差的乘積按某種排列順序排成一個(gè)列向量即分別將第k圈陣元中第i個(gè)陣元的相位差和第k圈陣元中第i個(gè)陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度按某種排列順序排成N圈陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差列向量和N圈陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度列向量k＝1,2,…,N,i＝1,2,...,Nt；所述某種排列順序根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，為了方便操作，通常按照方位角或者俯仰角的大小順序進(jìn)行排列；本實(shí)施例按照?qǐng)A柱陣集中式MIMO雷達(dá)的探測(cè)方位角的大小順序進(jìn)行排列所述某種排列順序?yàn)榘磮A柱陣集中式MIMO雷達(dá)的探測(cè)方位角或者圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的探測(cè)俯仰角的大小順序進(jìn)行排列。步驟3，根據(jù)N圈陣元的導(dǎo)向矢量計(jì)算得到集中式MIMO雷達(dá)接收波束形成的權(quán)重本實(shí)施例中集中式MIMO雷達(dá)的干擾信號(hào)為高斯白噪聲，進(jìn)而計(jì)算得到集中式MIMO雷達(dá)接收波束形成的優(yōu)化權(quán)重具體地，集中式MIMO雷達(dá)接收波束形成的權(quán)重不同應(yīng)用場(chǎng)景下不同，本實(shí)施例考慮的是Capon波束形成方法，集中式MIMO雷達(dá)接收波束形成的權(quán)重為其中，Rr表示集中式MIMO雷達(dá)的干擾信號(hào)協(xié)方差矩陣，表示N圈陣元的導(dǎo)向矢量；此處假設(shè)集中式MIMO雷達(dá)的干擾信號(hào)為高斯白噪聲，則集中式MIMO雷達(dá)的干擾信號(hào)協(xié)方差矩陣Rr＝I，此時(shí)集中式MIMO雷達(dá)接收波束形成的優(yōu)化權(quán)重為圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)包含N圈陣元，Nt表示圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的每圈陣元個(gè)數(shù)，上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置。步驟4，根據(jù)實(shí)際的探測(cè)需要，確定期望的發(fā)射方向圖為所述期望發(fā)射方向圖為Nθ行列矩陣；將期望的發(fā)射方向圖按所述相位差列向量的排列順序進(jìn)行排列，得到期望發(fā)射方向圖的列向量步驟4的具體子步驟如下：4a)將圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的方位角探測(cè)范圍[θmin,θmax]和圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的俯仰角探測(cè)范圍分別等間隔均勻離散為Nθ維方位角向量和維俯仰角向量其中，θν表示第ν個(gè)方位角，表示第μ個(gè)俯仰角，ν＝1,2,...,Nθ,Nθ表示將圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的方位角探測(cè)范圍[θmin,θmax]等間隔均勻離散為方位角向量后包含的方位角個(gè)數(shù)，表示將圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的俯仰角探測(cè)范圍等間隔均勻離散為俯仰角向量后包含的俯仰角個(gè)數(shù)；為了保證獲得符合實(shí)際需要的發(fā)射方向圖特性，等間隔均勻離散的角度間隔小于或等于1°，本實(shí)例中離散角度間隔取0.5°。4b)根據(jù)實(shí)際需要，分別確定期望的探測(cè)方向以及確定期望發(fā)射方向圖在方位維的主瓣寬度δθ和俯仰維的主瓣寬度其中，θd表示期望探測(cè)到的方位角角度，表示期望探測(cè)到的俯仰角角度。4c)如果θd-δθ/2≤θν≤θd+δθ/2并且則第ν個(gè)方位角θν、第μ個(gè)俯仰角處的期望發(fā)射方向圖Bp(ν,μ)＝1；否則，第ν個(gè)方位角θν、第μ個(gè)俯仰角處的期望發(fā)射方向圖Bp(ν,μ)＝0，ν＝1,2,…,Nθ，進(jìn)而得到第1個(gè)方位角θ1、第1個(gè)俯仰角處的期望發(fā)射方向圖到第Nθ個(gè)方位角第個(gè)俯仰角處的期望發(fā)射方向圖，并記為期望的發(fā)射方向圖4d)將所述期望的發(fā)射方向圖按N圈陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差列向量的排列順序進(jìn)行排列，得到期望發(fā)射方向圖列向量所述相位差列向量的排列順序?yàn)樗鱿辔徊盍邢蛄恐刑綔y(cè)方位角的大小順序或所述相位差列向量中探測(cè)俯仰角的大小順序。步驟5，根據(jù)N圈陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差列向量N圈陣元的電場(chǎng)強(qiáng)度列向量集中式MIMO雷達(dá)接收波束形成的優(yōu)化權(quán)重和期望發(fā)射方向圖列向量得到集中式MIMO雷達(dá)N圈陣元的波形矩陣S的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。5a)根據(jù)實(shí)際需求，確定圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)波形的碼元長(zhǎng)度Ns，則第k圈陣元的波形矩陣Sk為Nt行Ns列的復(fù)矩陣，即其中，si表示第k圈陣元的波形矩陣Sk在第i列發(fā)射的雷達(dá)波形，(·)T表示轉(zhuǎn)置，i＝1,2,…,Ns，k＝1,2,...,N；將第1圈陣元的波形矩陣S1到第N圈陣元的波形矩陣SN按所述N圈陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差列向量中陣元所在平面的排列順序進(jìn)行排列，得到集中式MIMO雷達(dá)N圈陣元的波形矩陣S，S＝[S1；S2；...；Sk；...；SN]，k＝1,2,...,N，圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)包含N圈陣元，Nt表示圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的每圈陣元個(gè)數(shù)。5b)根據(jù)集中式MIMO雷達(dá)接收波束形成的優(yōu)化權(quán)重計(jì)算得到圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)接收波束不同方向的衰減系數(shù)記為圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的互相關(guān)權(quán)重衰減系數(shù)，ii＝1,2,...,Nθ，jj＝1,2,...,Nθ，ii≠jj或pp≠qq；其中，Nθ表示將圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的方位角探測(cè)范圍[θmin,θmax]等間隔均勻離散為方位角向量后包含的方位角個(gè)數(shù)，表示將圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的俯仰角探測(cè)范圍等間隔均勻離散為俯仰角向量后包含的俯仰角個(gè)數(shù)，θii表示第ii個(gè)方位角，表示第pp個(gè)俯仰角，θjj表示第jj個(gè)方位角，表示第qq個(gè)俯仰角?？梢钥闯觯鬷i＝j(luò)j且pp＝qq，圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的互相關(guān)權(quán)重衰減系數(shù)為自相關(guān)權(quán)重衰減系數(shù)，即可見圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的互相關(guān)權(quán)重衰減系數(shù)對(duì)自相關(guān)權(quán)重衰減系數(shù)是沒有影響的，所以按照N圈陣元相對(duì)于圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)天線相位中心的相位差列向量的排列順序?qū)ハ嚓P(guān)權(quán)重衰減系數(shù)進(jìn)行排列，得到圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的互相關(guān)權(quán)重衰減系數(shù)列向量所述相位差列向量的排列順序?yàn)樗鱿辔徊盍邢蛄恐刑綔y(cè)方位角的大小順序或所述相位差列向量中探測(cè)俯仰角的大小順序。5c)根據(jù)所述N圈陣元的導(dǎo)向矢量計(jì)算得到集中式MIMO雷達(dá)第k圈陣元發(fā)射信號(hào)方向?yàn)榈淖韵嚓P(guān)θ表示圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的探測(cè)方位角，表示圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的探測(cè)俯仰角，集中式MIMO雷達(dá)第k圈陣元發(fā)射信號(hào)方向?yàn)榘l(fā)射信號(hào)方向?yàn)榈幕ハ嚓P(guān)為k＝1,2,...,N，ii＝1,2,...,Nθ，jj＝1,2,...,Nθ，ii≠jj或pp≠qq；S表示集中式MIMO雷達(dá)N圈陣元的波形矩陣，表示第jj個(gè)方位角、第qq個(gè)俯仰角處的導(dǎo)向矢量，表示第ii個(gè)方位角、第pp個(gè)俯仰角處的導(dǎo)向矢量，Jc表示相位編碼信號(hào)長(zhǎng)度為c的轉(zhuǎn)移矩陣，0≤c≤Ns，Ns表示每圈陣元包含的Nt個(gè)陣元各自發(fā)射的相位編碼信號(hào)的長(zhǎng)度，()T表示轉(zhuǎn)置；0c×c表示c×c維全零矩陣，INs-c表示(Ns-c)×(Ns-c)維單位矩陣；根據(jù)圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的互相關(guān)權(quán)重衰減系數(shù)列向量計(jì)算得到集中式MIMO雷達(dá)第k圈陣元發(fā)射信號(hào)方向?yàn)楹桶l(fā)射信號(hào)方向?yàn)榈膬?yōu)化互相關(guān)5d)根據(jù)集中式MIMO雷達(dá)第k圈陣元發(fā)射信號(hào)方向?yàn)榈淖韵嚓P(guān)和集中式MIMO雷達(dá)第k圈陣元發(fā)射信號(hào)方向?yàn)楹桶l(fā)射信號(hào)方向?yàn)榈膬?yōu)化互相關(guān)計(jì)算得到集中式MIMO雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的峰值旁瓣電平ρ，5e)根據(jù)N圈陣元的導(dǎo)向矢量Nθ維方位角向量和維俯仰角向量計(jì)算得到圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的探測(cè)方位角-探測(cè)俯仰角矩陣B，表示第ν個(gè)方位角θν、第μ個(gè)俯仰角處的導(dǎo)向矢量，則將圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)在空間合成的方向圖記為b，b＝diag((BHSSHB)/Ns)，進(jìn)而計(jì)算得到圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的發(fā)射波束與期望發(fā)射波束差值的最大值b，其中，上標(biāo)H表示共軛矩陣，diag表示矩陣對(duì)角元素的向量化操作，bp表示期望發(fā)射方向圖列向量β表示尺度因子參數(shù)，所述尺度因子參數(shù)是為了使圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)在空間合成的方向圖b與期望發(fā)射方向圖列向量在同一尺度下而設(shè)置的；|·|表示取模值，Ns表示每圈陣元包含的Nt個(gè)陣元各自發(fā)射的相位編碼信號(hào)的長(zhǎng)度，S表示集中式MIMO雷達(dá)N圈陣元的波形矩陣。5f)根據(jù)圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的發(fā)射波束與期望發(fā)射波束差值的最大值b，得到集中式MIMO雷達(dá)N圈陣元的波形矩陣S的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：minP,αmaxρα×b]]>s.t.S＝exp(jP)0≤Pi,j≤2π,i＝1,2,...,N×Nt,j＝1,2,...,Ns其中，min表示取最小值操作，max表示取最大值操作，s.t.表示約束條件，P表示集中式MIMO雷達(dá)N圈陣元的波形矩陣S的相位矩陣，即S＝exp(jP)，j表示虛數(shù)單位，α表示設(shè)定的系數(shù)變量，b表示圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的發(fā)射波束與期望發(fā)射波束差值的最大值，Pi,j表示第i個(gè)陣元發(fā)射的第j個(gè)相位編碼信號(hào)的相位，圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)包含N圈陣元，Nt表示圓柱陣集中式MIMO雷達(dá)的每圈陣元個(gè)數(shù)，Ns表示每圈陣元包含的Nt個(gè)陣元各自發(fā)射的相位編碼信號(hào)的長(zhǎng)度。步驟6，根據(jù)集中式MIMO雷達(dá)N圈陣元的波形矩陣S的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，計(jì)算得到最終的集中式MIMO雷達(dá)的波形矩陣具體地，步驟5中計(jì)算得到的集中式MIMO雷達(dá)的波形矩陣S的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是一個(gè)極小極大優(yōu)化問題，可以使用現(xiàn)有的優(yōu)化算法，例如：模擬退火算法、遺傳算法或序列二次規(guī)劃算法等進(jìn)行優(yōu)化求解；本實(shí)施例使用序列二次規(guī)劃算法對(duì)集中式MIMO雷達(dá)N圈陣元的波形矩陣S的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行優(yōu)化，序列二次規(guī)劃算法的優(yōu)化結(jié)果與初始值選取有關(guān)；，為了得到更好地優(yōu)化結(jié)果，采用在多次優(yōu)化結(jié)果中選取最好優(yōu)化結(jié)果的方法，參照?qǐng)D2，為本發(fā)明使用序列二次規(guī)劃算法求解波形設(shè)計(jì)準(zhǔn)則時(shí)的子流程圖，具體子步驟為：6a)設(shè)置最大循環(huán)次數(shù)Nc，l∈{1,…,Nc}，l初始值為1；設(shè)置初始最小誤差值emin為無窮大，設(shè)定系數(shù)變量α為大于0的實(shí)數(shù)，設(shè)置一個(gè)N×Nt行Ns列的臨時(shí)存儲(chǔ)矩陣X0，并對(duì)所述臨時(shí)存儲(chǔ)矩陣X0進(jìn)行向量化，得到臨時(shí)存儲(chǔ)向量x0＝vec(X0)，vec()表示矩陣的向量化操作；將臨時(shí)存儲(chǔ)向量x0和尺度因子參數(shù)β組成存儲(chǔ)向量x'0，即x'0＝[x0,β]。6b)初始化：初始化集中式MIMO雷達(dá)N圈陣元的波形矩陣S的相位矩陣P，得到第l次迭代后的初始化相位矩陣所述第l次迭代后的初始化相位矩陣是對(duì)集中式MIMO雷達(dá)N圈陣元的波形矩陣S的相位矩陣P中每個(gè)元素設(shè)置一個(gè)隨機(jī)相位值，所述隨機(jī)相位值∈[0～2π]；尺度因子參數(shù)β為大于零的隨機(jī)值。6c)將第l次迭代后的初始化相位矩陣向量化，即并和尺度因子參數(shù)β組成第l次迭代后的相位矩陣向量然后使用序列二次規(guī)劃算法求解集中式MIMO雷達(dá)的波形矩陣S的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，得到第l次迭代后的相位矩陣Pl，進(jìn)而計(jì)算第l次迭代后的波形矩陣Sl，Sl＝exp(1j×Pl)，然后根據(jù)所述第l次迭代后的相位矩陣Pl和設(shè)定的系數(shù)變量α，計(jì)算得到第l次迭代后的目標(biāo)函數(shù)值，其目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為：minPl,αmaxρα×bl]]>所述第l次迭代后的目標(biāo)函數(shù)值為所述第l次迭代后的相位矩陣Pl和設(shè)定的系數(shù)變量α已知的條件下的最大值；ρ表示集中式MIMO雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的峰值旁瓣電平。6d)比較第l次迭代后的目標(biāo)函數(shù)值與最小誤差值emin的大小，如果第l次迭代后的目標(biāo)函數(shù)值小于最小誤差值emin，則將第l次迭代后的相位矩陣Pl向量化，即vec(Pl)，并和尺度因子參數(shù)β，組成第l次迭代后的優(yōu)化相位矩陣向量同時(shí)將第l次迭代后的優(yōu)化相位矩陣向量存儲(chǔ)于存儲(chǔ)向量x'0中，然后令最小誤差值emin等于第l次迭代后的目標(biāo)函數(shù)值；否則，忽略第l次優(yōu)化后的目標(biāo)函數(shù)值的優(yōu)化結(jié)果。如果第l次迭代后的目標(biāo)函數(shù)值小于最小誤差值emin，則第l次迭代是有效的，此時(shí)令emin等于第l次迭代后的目標(biāo)函數(shù)值；若第f次迭代后的目標(biāo)函數(shù)值小于最小誤差值emin，則將最小誤差值emin作為第f次迭代后的函數(shù)值，否則第f次迭代無效，最小誤差值emin仍為第l次迭代后的函數(shù)值，其中，f-l＝1。6e)令l加1，重復(fù)子步驟6b)至子步驟6d)，直到得到第Nc次迭代后的優(yōu)化相位矩陣向量并將所述第Nc次迭代后的優(yōu)化相位矩陣向量存儲(chǔ)于臨時(shí)存儲(chǔ)向量x0中，然后將此時(shí)臨時(shí)存儲(chǔ)向量x0中存儲(chǔ)的第1次迭代后的優(yōu)化相位矩陣向量到第Nc次迭代后的優(yōu)化相位矩陣向量作為優(yōu)化后的最終相位矩陣其中，表示臨時(shí)存儲(chǔ)向量x0中存儲(chǔ)的第1次迭代后的優(yōu)化相位矩陣向量到第Nc次迭代后的優(yōu)化相位矩陣向量reshape()表示向量矩陣化，進(jìn)而計(jì)算得到最終的集中式MIMO雷達(dá)的波形矩陣通過以下仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明效果作進(jìn)一步驗(yàn)證說明。集中式MIMO雷達(dá)參數(shù)：圓柱陣有一圈陣元，發(fā)射陣元個(gè)數(shù)Nt＝36，接收陣元Nr＝Nt，集中式MIMO雷達(dá)的載頻為3GHz，波長(zhǎng)為10cm，集中式MIMO雷達(dá)只進(jìn)行方位維探測(cè)，探測(cè)范圍為[0°,360°]，陣元間隔為半波長(zhǎng)，陣元角度間隔為10°；陣元相位補(bǔ)償項(xiàng)根據(jù)具體的幾何關(guān)系計(jì)算，共形陣天線為微帶天線。仿真參數(shù)設(shè)置：MIMO雷達(dá)波形的碼元個(gè)數(shù)為128，將探測(cè)范圍[0°,360°]以0.5°為間隔均勻離散，α＝0.01，循環(huán)次數(shù)為10，共形陣天線縫寬W＝1.186cm，高h(yuǎn)＝0.1588cm，平行板長(zhǎng)L＝0.906cm，多波束主瓣方向[80°160°240°320°]，主瓣寬度為20°，信號(hào)自相關(guān)角度[80°160°240°320°]。仿真：根據(jù)集中式MIMO雷達(dá)參數(shù)和仿真參數(shù)設(shè)置，構(gòu)建集中式MIMO雷達(dá)的波形設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按照實(shí)施例的流程進(jìn)行求解；根據(jù)設(shè)計(jì)得到的集中式MIMO雷達(dá)波形，畫出其相同方向信號(hào)的自相關(guān)性，不同方向的互相關(guān)性以及發(fā)射方向圖。為了簡(jiǎn)單方便的說明問題，本發(fā)明仿真考慮一種相對(duì)比較簡(jiǎn)單的情況，即共形陣使用的微帶天線，并且只考慮H面的天線方向圖，微帶天線的方向圖如圖3所示，圖3為本發(fā)明使用的微帶天線H面的天線方向圖。為了更好的呈現(xiàn)信號(hào)的相關(guān)性，將相同方向信號(hào)的自相關(guān)性,不同方向的互相關(guān)性畫到一幅圖上，如圖4所示，圖4是使用本發(fā)明方法得到的集中式MIMO雷達(dá)波形不同方向的相關(guān)性示意圖；其中，信號(hào)自相關(guān)角度[80°160°240°320°]的自相關(guān)歸一化電平為圖4中y軸標(biāo)號(hào)依次為1、5、11、16，其余y軸標(biāo)號(hào)為角度[80°160°240°320°]之間互相關(guān)；從4圖中可以得到發(fā)射信號(hào)的自相關(guān)峰值旁瓣電平為-27.4728dB，峰值互相關(guān)電平為-58.7861dB。參照?qǐng)D5，為使用本發(fā)明方法得到的發(fā)射方向圖與期望方向圖的對(duì)比圖；圖5是通過優(yōu)化發(fā)射信號(hào)的自相關(guān)峰值旁瓣電平，峰值互相關(guān)電平和逼近期望的方向圖，優(yōu)化形成的歸一化方向圖，如圖5中的實(shí)線所示，圖5虛線是期望的歸一化方向圖。從圖5可以看出，通過優(yōu)化發(fā)射信號(hào)形成的方向圖，可以獲得較好的方向圖。通過上述描述可知，基于圓柱陣，本發(fā)明方法優(yōu)化設(shè)計(jì)的集中式MIMO雷達(dá)波形能夠獲得好的方向圖，同時(shí)相同方向的發(fā)射信號(hào)具有比較好的自相關(guān)性，不同方向具有比較好的互相關(guān)性，從而表明本方法的有效性。綜上所述，仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本發(fā)明的正確性，有效性和可靠性。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍；這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3