寬主瓣相位編碼信號和失配濾波器的聯(lián)合優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種寬主瓣相位編碼信號和失配濾波器的 聯(lián)合優(yōu)化方法，用于降低寬主瓣相位編碼信號和失配濾波器脈沖壓縮后的距離旁瓣電平。
【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖壓縮技術(shù)解決了雷達的作用距離和距離分辨率之間的矛盾，在雷達領(lǐng)域得到 了廣泛的應(yīng)用。但是脈沖壓縮信號通常具有較高的距離旁瓣，而較高的距離旁瓣不利于雷 達對目標進行有效探測，特別是在多目標或強雜波背景下的弱目標檢測，弱目標的主瓣極 易被強目標回波的距離旁瓣淹沒造成漏警，影響了雷達的探測性能。例如，高幅度的距離旁 瓣可能會觸發(fā)虛警，大功率目標回波的距離旁瓣會淹沒附近距離單元處的小功率目標。 [0003] 從目前對相位編碼信號的研究情況來看，兩種抑制距離旁瓣的方法分別是編碼優(yōu) 選和失配濾波。以往獲取低距離旁瓣信號的方法是采用某類特殊的編碼信號，近代獲取相 位編碼信號的主要方式則是通過優(yōu)化算法進行求解。通過優(yōu)化相位編碼信號自相關(guān)旁瓣的 方法所能達到的旁瓣電平通常仍然較高，因此在接收端可以采用失配濾波的方法進一步降 低系統(tǒng)的旁瓣電平。
[0004] 相位編碼信號通常是恒模信號，而失配濾波器的權(quán)系數(shù)則可以突破這個限制，實 現(xiàn)更低的旁瓣輸出。由于優(yōu)化手段的問題，以往的失配濾波算法通常將相位編碼信號和失 配濾波設(shè)計分別優(yōu)化，通過交叉優(yōu)化的方式對問題進行求解，這種算法能夠有效地降低系 統(tǒng)的距離旁瓣輸出。目前已有的降低峰值旁瓣電平的方法，在很多情況下，其峰值旁瓣電平 仍然不滿足實際的應(yīng)用要求，并且現(xiàn)有的相位編碼信號的時寬帶寬積等于相位編碼信號的 碼元長度，相位編碼信號的帶寬等于一個碼元時寬的倒數(shù)。時寬固定的相位編碼信號可以 通過增加其碼元長度來進一步降低距離旁瓣。但是對于一個寬帶雷達系統(tǒng)，其信號處理帶 寬是固定的，此時無法通過簡單的增加碼元長度來降低距離旁瓣，目前還沒有提出針對此 問題的基于相位編碼信號的失配濾波器設(shè)計方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對上述已有方法的缺點，本發(fā)明的目的在于提出一種寬主瓣相位編碼信號和失 配濾波器的聯(lián)合優(yōu)化方法，以進一步降低相位編碼信號和失配濾波器脈沖壓縮后的距離旁 瓣電平。
[0006] 實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)思路是：保持相位編碼信號的帶寬不變，以信噪比損失為 約束條件，以最小化相位編碼信號通過失配濾波器輸出的峰值旁瓣電平和逼近期望的主瓣 形狀為目標函數(shù)，聯(lián)合優(yōu)化相位編碼信號和失配濾波器。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0008] -種寬主瓣相位編碼信號和失配濾波器的聯(lián)合優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下 步驟：
[0009] 步驟1，確定相位編碼信號s的碼元長度Ns和所述相位編碼信號s的主瓣寬度控 制量M ;
[0010] 步驟2,設(shè)定失配濾波器h的長度Nh，并根據(jù)所述相位編碼信號s的碼元長度N s、 所述相位編碼信號s的主瓣寬度控制量M以及所述失配濾波器h的長度Nh，構(gòu)建關(guān)于所述 相位編碼信號s和所述失配濾波器h的目標函數(shù)；
[0011] 步驟3,基于最小P范數(shù)的優(yōu)化算法求解所述相位編碼信號s和所述失配濾波器h 的目標函數(shù)，得到所述失配濾波器h和優(yōu)化后的相位編碼信號s'。
[0012] 本發(fā)明技術(shù)方案的特點和進一步的改進為：
[0013] 步驟1具體包括以下子步驟：
[0014] (Ia)設(shè)定第一相位編碼信號S1的碼元長度N 1;
[0015] (Ib)根據(jù)所述第一相位編碼S1的碼元長度N1，確定所述相位編碼信號s的碼元長 度N s，其中，Ns= bXN i，b為相位編碼信號s的碼元長度的增加倍數(shù)，b取值為整數(shù)；
[0016] (Ic)設(shè)定所述相位編碼信號s的主瓣寬度控制量M=fix(SXb)，δ是經(jīng)驗系 數(shù)，取值在（0.5~1.0)的范圍內(nèi)，通常取值為0.8。b為相位編碼信號s的碼元長度的增 加倍數(shù)，b取值為整數(shù)。
[0017] 步驟2具體包括以下子步驟：
[0018] (2a)相位編碼信號s經(jīng)過失配濾波器h后的脈沖壓縮向量為P。，
[0019] (2b)在相位編碼信號s經(jīng)過失配濾波器h后的脈沖壓縮向量P。中，對各個距離 旁瓣分別取模值，得到距離旁瓣模值向量P :
[0022] (2c)在相位編碼信號s經(jīng)過失配濾波器h后的脈沖壓縮向量P。中，輸出的實際
[0024] (2d)確定相位編碼信號s經(jīng)過失配濾波器h后輸出的期望主瓣b"，其中，期望的 主瓣可以為矩形，sine函數(shù)的主瓣，或者是未增加碼元個數(shù)前的第一相位編碼信號的主瓣。 本實例中所述期望主瓣b"的形狀為所述第一相位編碼信號的主瓣，將所述第一相位編碼信 號S 1的主瓣部分對應(yīng)的函數(shù)值區(qū)間均勻地離散化為2XM+1維的列向量，并將所述列向量 作為期望主瓣k的取值；
[0025] (2e)根據(jù)所述距離旁瓣模值向量P，所述實際主瓣Bni和所述期望主瓣b "，構(gòu)建目 標函Ij
其中，向量X是由相位編碼信號S的相位 φ、失配濾波器h的幅度A和失配濾波器h的相位Θ組成的列向量!φ.Α.ΘΙ1，I I · I |p表 示無窮范數(shù)，能量權(quán)系數(shù)α和峰值權(quán)系數(shù)β均為預(yù)先設(shè)定的正實數(shù)。
[0026] 步驟3具體包括以下子步驟：
[0027] (3a)定義函數(shù) f(x) = I I P I |ρ+α · I |Bm_bm| +β · |hHh_sHs| ;
[0028] (3b)設(shè)置所述向量χ的初值χ。、最小下降量ε ^勺初始值、以及迭代次數(shù)j的初始 值、范數(shù)p的初值Pc、乘子μ的值以及所述函數(shù)f (X)的初值fc;
[0029] (3c)使用向量x] i作為初始值，通過最小化函數(shù)f(x , i)求得優(yōu)化結(jié)果向量x]，令 fi= f(x.i);
[0030] (3d)如果IfffuI < ￡l，則輸出向量X]，并停止循環(huán)；否則迭代次數(shù)j加1，且令 范數(shù)Ρ]= μ P i，并跳至子步驟（3c)繼續(xù)執(zhí)行；
[0031] (3e)確定所述向量X，從而確定優(yōu)化后的相位編碼信號s'的相位q?、失配濾波器 h的幅度A和失配濾波器h的相位Θ ;
[0032] (f)根據(jù)優(yōu)化后的相位編碼信號s'的相位φ，構(gòu)造優(yōu)化后的相位編碼信號 根據(jù)所述失配濾波器h的相位Θ和所述失配濾波器h的幅度Α，構(gòu)造所述失 配濾波器h = A Θ exp (j Θ )。
[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：(a)本發(fā)明由于增加了碼元發(fā)射速率，即 增加了相位編碼信號的碼元長度，從而在相位編碼信號和失配濾波器聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計的過程 中具有更大的自由度，因此優(yōu)化設(shè)計得到的相位編碼信號和失配濾波器脈沖壓縮后能進一 步降低距離旁瓣電平；(b)本發(fā)明由于在增加相位編碼信號碼元長度的同時保持相位編碼 信號帶寬不變，因此設(shè)計得到的相位編碼信號結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，增加了相位編碼信號截獲后 被識別的難度。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明實施例提供的一種寬主瓣相位編碼信號和失配濾波器的聯(lián)合優(yōu)化 方法的流程示意圖；
[0035] 圖2是本發(fā)明實施例提供的基于L-BFGS的最小p范數(shù)優(yōu)化算法的流程示意圖；
[0036] 圖3是本發(fā)明實施例提供的聯(lián)合優(yōu)化的相位編碼信號和失配濾波器脈沖壓縮后 的主瓣與分開設(shè)計的相位編碼信號和失配濾器脈沖壓縮后的主瓣對比圖，其中，橫坐標表 示相對延時，單位us，縱坐標表示幅度，單位dB ;
[0037] 圖4是本發(fā)明實施例提供的聯(lián)合優(yōu)化的相位編碼信號和失配濾波器脈沖壓縮后 的結(jié)果與分開設(shè)計的相位編碼信號和失配濾器脈沖壓縮后的結(jié)果對比圖；其中，橫坐標表 示相對延時，單位us，縱坐標表示幅度，單位dB ;
[0038] 圖5是本發(fā)明實施例提供的聯(lián)合優(yōu)化的相位編碼信號和失配濾波器脈沖壓縮后 的主瓣相位與分開設(shè)計的相位編碼信號和失配濾器脈沖壓縮后的主瓣相位的對比圖，其 中，橫坐標表示相對延時，單位us，縱坐標表示相位，單位為度。
【具體實施方式】
[0039] 參照圖1，本發(fā)明實施例提供的一種寬主瓣相位編碼信號和失配濾波器的聯(lián)合優(yōu) 化方法，包括如下步驟：
[0040] 步驟1，確定相位編碼信號s的碼元長度隊和相位編碼信號s的主瓣寬