多峰值低旁瓣相位編碼信號和失配濾波器聯(lián)合設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種多峰值低旁瓣相位編碼信號和失配濾 波器聯(lián)合設(shè)計(jì)方法，用于降低多峰值低多普勒旁瓣相位編碼信號失配濾波后的峰值旁瓣電 平。
【背景技術(shù)】
[0002] 相位編碼信號是一種常見的脈沖壓縮信號，與調(diào)頻信號相比，它在設(shè)計(jì)中具有更 多的自由度，并且具有低距離旁瓣和低互相關(guān)旁瓣等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛研究和應(yīng)用。但 是，相位編碼信號是多普勒敏感信號。當(dāng)脈沖壓縮濾波器無法匹配接收回波的多普勒頻率 時(shí)，會造成脈沖壓縮后主瓣幅度降低和旁瓣電平升高這兩個(gè)后果，嚴(yán)重影響了雷達(dá)的探測 性能。雖然，由多普勒頻率失配造成的主瓣幅度降低問題無法通過設(shè)計(jì)相位編碼信號進(jìn)行 解決，但是，由多普勒頻率失配造成的旁瓣電平升高問題是可以通過設(shè)計(jì)相應(yīng)的相位編碼 信號進(jìn)行緩解的。
[0003]目前，相位編碼信號的旁瓣抑制方法主要有經(jīng)典的窗函數(shù)加權(quán)法、最小二乘幅度 和相位加權(quán)法以及壓縮后兩采樣滑窗處理法等。當(dāng)沒有多普勒失配時(shí)，這三類方法可以很 好的抑制脈壓后的旁瓣；但當(dāng)存在多普勒失配時(shí)，這三類方法的抑制效果會嚴(yán)重下降，因 此，這三類方法無法解決由多普勒頻率失配造成的旁瓣電平升高問題。目前設(shè)計(jì)的相位編 碼信號，在多普勒頻率失配的情況下，其旁瓣電平可能仍然較高，不能滿足實(shí)際的應(yīng)用要 求。為了解決由多普勒頻率失配造成的主瓣幅度降低問題，雷達(dá)在接收回波時(shí)通常采用一 組多普勒補(bǔ)償脈沖壓縮濾波器對目標(biāo)回波的多普勒頻率進(jìn)行補(bǔ)償；并且通過該方法可以對 目標(biāo)的速度進(jìn)行估計(jì)。但是，如果目標(biāo)速度很大，雷達(dá)進(jìn)行多普勒補(bǔ)償時(shí)多普勒補(bǔ)償脈沖壓 縮濾波器個(gè)數(shù)會很多，這樣將增加信號處理的運(yùn)算量，影響雷達(dá)的實(shí)時(shí)性；并且該方法的測 速精度較低。通過由多峰值低多普勒旁瓣的相位編碼信號設(shè)計(jì)失配濾波器，可以緩解多普 勒頻率失配造成的旁瓣電平升高的問題。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，多峰值低多普勒旁瓣的相位 編碼信號在設(shè)置的每個(gè)多普勒頻率處，經(jīng)過設(shè)計(jì)的失配濾波器后，其峰值旁瓣電平可能依 然過高，不能滿足實(shí)際需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種多峰值低旁瓣相位編碼信號和 失配濾波器聯(lián)合設(shè)計(jì)方法，能夠進(jìn)一步降低多峰值低旁瓣相位編碼信號在設(shè)置的每個(gè)多普 勒頻率處經(jīng)過失配濾波器脈沖壓縮后的峰值旁瓣電平。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)思路是：以最小化多峰值低旁瓣相位編碼信號在不同多普 勒通道失配濾波后的峰值旁瓣電平，各峰值幅度分別逼近期望的峰值幅度和最小化信噪比 損失為目標(biāo)函數(shù)，聯(lián)合設(shè)計(jì)多峰值低旁瓣相位編碼信號和失配濾波器。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0007] 多峰值低旁瓣相位編碼信號和失配濾波器的聯(lián)合設(shè)計(jì)方法，所述方法包括如下步 驟：
[0008] 步驟1，設(shè)定多峰值低旁瓣相位編碼信號的碼元長度、失配濾波器的長度以及最大 ?目噪比損失；
[0009] 步驟2,確定對所述多峰值低旁瓣相位編碼信號進(jìn)行多普勒旁瓣抑制的頻段寬度、 對所述多峰值低旁瓣相位編碼信號進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩嗥绽胀ǖ纻€(gè)數(shù)、所述多峰值低旁瓣相位編 碼信號在距離-多普勒維上的峰值個(gè)數(shù)以及每個(gè)峰值出現(xiàn)的位置；
[0010] 步驟3,確定所述多峰值低旁瓣相位編碼信號進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩嗥绽胀ǖ乐忻總€(gè)多普 勒通道的旁瓣向量以及所述多峰值低旁瓣相位編碼信號的每個(gè)峰值的幅度與對應(yīng)的期望 幅度的差值；
[0011] 步驟4,根據(jù)所有進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩嗥绽胀ǖ缹?yīng)的多普勒通道的旁瓣向量、每個(gè)峰值 的幅度分別與對應(yīng)的期望幅度的差值、信噪比因子，構(gòu)建關(guān)于所述多峰值低旁瓣相位編碼 信號和所述失配濾波器的目標(biāo)函數(shù)；
[0012] 步驟5,采用基于最小ρ范數(shù)的優(yōu)化算法求解所述目標(biāo)函數(shù)，從而得到所述多峰值 低旁瓣相位編碼信號和所述失配濾波器。
[0013] 本發(fā)明的特點(diǎn)和進(jìn)一步的改進(jìn)為：
[0014] (1)步驟1具體為：
[0015] 設(shè)定多峰值低旁瓣相位編碼信號s的碼元長度Ns、失配濾波器h的長度\以 及最大?目噪比損失SNR lciss，其中，Nh^= N s，隊(duì)和Nh同為偶數(shù)或同為奇數(shù)，最大彳目噪比損失 SNRlcissS IdB。
[0016] (2)步驟2中確定對所述多峰值低旁瓣相位編碼信號進(jìn)行多普勒旁瓣抑制的頻段 寬度具體為：
[0017] 根據(jù)目標(biāo)的歸一化最大多普勒頻率fd_和歸一化最小多普勒頻率f d_，確定對所 述多峰值低旁瓣相位編碼信號進(jìn)行多普勒旁瓣抑制的頻段寬度fwldth= 2X (fd_-fd_)，X 表不乘號；
[0018] 其中，目標(biāo)的歸一化最大多普勒頻率
目標(biāo)的歸一化最小多普 勒頻率
目標(biāo)的最大多普勒頻率
目標(biāo)的最小多普勒頻率
為目標(biāo)的最大徑向速度，v_為目標(biāo)的最小徑向速度，λ為雷達(dá)發(fā)射信 號的波長，B為雷達(dá)發(fā)射信號的帶寬。
[0019] (3)步驟2中確定對所述多峰值低旁瓣相位編碼信號進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩嗥绽胀ǖ纻€(gè)數(shù) 具體為：
[0020] 假定雷達(dá)的多普勒頻率分辨率為Λ fd，則根據(jù)雷達(dá)的多普勒頻率分辨率Λ fd確定 多峰值低旁瓣相位編碼信號的多普勒頻率點(diǎn)的選取間隔Λ f d，使Λ f d〈 Afd;
[0021] 根據(jù)對所述多峰值低旁瓣相位編碼信號進(jìn)行多普勒旁瓣抑制的頻段寬度fwldthW 及多普勒頻率點(diǎn)的選取間隔Λ f d，確定所述多峰值低旁瓣相位編碼信號波形設(shè)計(jì)中大于 零多普勒頻率點(diǎn)的多普勒通道個(gè)數(shù)Ndl，以及波形設(shè)計(jì)中小于零多普勒頻率點(diǎn)的多普勒通道 個(gè)數(shù)N d2，
[0022] Ndl= ceil (f Jlliax/Δ frd)
[0023] Nd2= ceil (f Jlllin/Δ frd)
[0024] 其中，ceil( ·)表示向上取整數(shù)；
[0025] 對所述多峰值低旁瓣相位編碼信號進(jìn)行補(bǔ)償?shù)亩嗥绽胀ǖ纻€(gè)數(shù)Nd= N dl+Nd2+l。
[0026] (4(步驟2中確定所述多峰值低旁瓣相位編碼信號的峰值個(gè)數(shù)以及每個(gè)峰值出現(xiàn) 的位置具體為：
[0027] 假設(shè)多峰值低旁瓣相位編碼信號的峰值個(gè)數(shù)為N，且N個(gè)峰值在距離多普勒維上 的位置分別為：
[0028] (rij, Hi1), (n2, m2),. . . , (rij, Hi1),. . . , (nN, mN)
[0029] 其中I e [I, N] A1表示距離維上的第I個(gè)峰值對應(yīng)的位置，m :表示多普勒維上的 第1個(gè)峰值對應(yīng)的位置。
[0030] (5)步驟3具體包括如下子步驟：
[0031] (3a)記第i個(gè)多普勒通道的多普勒頻率為fdl= fd_+(i-l) Λ f' d，則第i個(gè)多 普勒通道的多普勒導(dǎo)向向量為：
[0033] 其中 i e [l，Nd]，jj e [l，Ns];
[0034] (3b)根據(jù)所述第i個(gè)多普勒通道的多普勒導(dǎo)向向量ai (fdl)，得所述多峰值低旁瓣 相位編碼信號經(jīng)過所述第i個(gè)多普勒通道后的信號s' s Θ a i (fdl)，信號s' i經(jīng)過失配濾 波器h后的結(jié)果P"記為：
[0036] 其中，Θ表示點(diǎn)乘，?表示卷積，[· Γ表示轉(zhuǎn)置，k e [1，Ns+Nh_l]，NS表示多峰值低 旁瓣相位編碼信號的碼元長度，N h表示失配濾波器的長度；
[0037] (3c)獲取第i個(gè)多普勒通道的旁瓣向量P 步驟為：
[0038] 判斷多普勒fdl是否在區(qū)間[n^-l/Ns^+l/Nj內(nèi)，如果在該區(qū)間內(nèi)，且峰值叫對應(yīng) 的距離維上的點(diǎn)為Il 1，則去除向量中的第Il1個(gè)點(diǎn)；判斷多普勒fdl是否在區(qū)間[Hl2-I/ Ns，m2+1/Ns]內(nèi)，如果在該區(qū)間內(nèi)，且峰值叫對應(yīng)的距離維上的點(diǎn)為11 2，則去除向量0。沖的 第112個(gè)點(diǎn)；直至判斷判斷多普勒H2是否在區(qū)間[m N-l/Ns，mN+l/Ns]內(nèi)，如果在該區(qū)間內(nèi)，且 峰值m N對應(yīng)的距離維上的點(diǎn)為η N，則去除向量P "中的第η N個(gè)點(diǎn)；信號s' i經(jīng)過失配濾波 器h后的結(jié)果P "去除點(diǎn)后的向量記為第i個(gè)多普勒通道的旁瓣向量P 1;
[0039] (3d)在多普勒維上，所述多峰值低旁瓣相位編碼信號的N個(gè)峰值對應(yīng)的位置分別 為Hi 1,. . .，Hi1,. . .，mN，確定每個(gè)峰值的期望幅度為碼元長度Ns，N個(gè)峰值的幅度與對應(yīng)的期 望幅度的差值依次記為13 1，...，131，...，1^，其中，131=0(:1(11 1)-隊(duì)，1￡[1，扣。
[0040] (6)步驟4具體包括如下子步驟：
[0041] (4a)在多普勒維上，不同多普勒通道的旁瓣向量分別為 值的幅度與對應(yīng)的期望幅度的差值依次為131，...，131，...，1^，記信噪比因子《 = |11%-隊(duì)|， 對不同多普勒通道的旁瓣向量、N個(gè)峰值的幅度與對應(yīng)的期望幅度的差值、信噪比因子ω 各自取P范數(shù)組成向1
[0042] (4b)構(gòu)建關(guān)于所述多峰值低旁瓣相位編碼信號和所述失配濾波器的目標(biāo)函數(shù)
[0043] 其中，
表示 P范數(shù)，向量P中每個(gè)元素對應(yīng)的系數(shù)向量為k =Hh?…·