集中式mimo雷達(dá)的發(fā)射ofdm波形的優(yōu)化設(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，具體涉及一種集中式M頂0雷達(dá)的發(fā)射0FDM波形的優(yōu) 化設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)單站雷達(dá)的性能已經(jīng)不能滿(mǎn)足人們對(duì)雷達(dá)的要求，因 而多輸入多輸出（MIM0)雷達(dá)引起了研究人員很大的興趣，成為現(xiàn)代雷達(dá)發(fā)展的重要方向 之一。不同于傳統(tǒng)的單站雷達(dá)，雷達(dá)利用多個(gè)發(fā)射天線發(fā)射多個(gè)正交或接近正交的波 形，可增加系統(tǒng)的自由度，提高雷達(dá)的分辨率，而且能夠增加發(fā)射波束模式設(shè)計(jì)的靈活性， 改善雷達(dá)同時(shí)跟蹤多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的能力。
[0003] 在集中式MM0雷達(dá)中，多個(gè)發(fā)射天線的波形設(shè)計(jì)是一個(gè)重要且具有挑戰(zhàn)性的問(wèn) 題。一般來(lái)說(shuō)，集中式MM0雷達(dá)的發(fā)射波形除了要滿(mǎn)足正交性以外，為了提高發(fā)射效率，還 要滿(mǎn)足時(shí)域恒模特性；為了提高信噪比，設(shè)計(jì)的發(fā)射波形需要滿(mǎn)足頻域恒模特性；為了保 證高距離分辨率，發(fā)射信號(hào)帶寬需要占據(jù)整個(gè)系統(tǒng)帶寬。傳統(tǒng)的集中式MM0雷達(dá)所采用 的時(shí)域正交波形通常無(wú)法完全滿(mǎn)足這些要求，進(jìn)而使得后續(xù)的雷達(dá)信號(hào)處理的性能受到損 失。
[0004] 正交頻分復(fù)用（0FDM)波形已成功地應(yīng)用于寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中，近 年來(lái)，0FDM波形也在雷達(dá)應(yīng)用中得到研究。發(fā)射0FDM波形的雷達(dá)通過(guò)同時(shí)發(fā)射多個(gè)載波 實(shí)現(xiàn)多載波傳輸，具有高距離分辨率、低自相關(guān)函數(shù)旁瓣以及頻譜利用率高等優(yōu)良特性。但 是現(xiàn)有的集中式M頂0-0FDM波形的時(shí)域包絡(luò)起伏較大，不滿(mǎn)足時(shí)域恒模特性，影響發(fā)射信 號(hào)在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出了一種集中式MM0雷達(dá)的發(fā) 射0FDM波形的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法借鑒通信波形設(shè)計(jì)理論和通信信號(hào)處理技術(shù)，能夠保 證集中式M頂0雷達(dá)的發(fā)射波形不僅滿(mǎn)足正交性和高距離分辨率，還滿(mǎn)足時(shí)域恒模特性以 及最大信噪比特性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0007] -種集中式MM0雷達(dá)的發(fā)射0FDM波形的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步 驟： M
[0008] 步驟1，隨機(jī)產(chǎn)生M個(gè)長(zhǎng)度為g★且服從[01]均勾分布的向量 巾"，...，巾M，其中，m= 1，2,…，M，M為發(fā)射天線個(gè)數(shù)，N為發(fā)射信號(hào)子載頻數(shù)；
[0009]步驟2,定義第m個(gè)子載頻信號(hào)的初始值切f 定義i為迭代次數(shù)，令迭代 次數(shù)i的初值為1 ;設(shè)計(jì)迭代算法，求解第m個(gè)子載頻信號(hào)切,!1，其中，I為迭代總次數(shù)，m = 1，2,
[0010] 步驟3,首先，根據(jù)第m個(gè)子載頻信號(hào)把>，設(shè)計(jì)具有交織結(jié)構(gòu)的第m個(gè)發(fā)射天線的 子載波權(quán)值向量
，其中，[Ml為將第m個(gè)子載頻信號(hào)tjf 進(jìn)行M倍插值后得到的信號(hào)，m= 1，2,…，M，k= 0, 1，…，N-l，P= 然后，根據(jù) 具有交織結(jié)構(gòu)的第m個(gè)發(fā)射天線的子載波權(quán)值向量[Ujk，對(duì)第m個(gè)子載頻信號(hào)進(jìn)行子 載頻插值，得到第m個(gè)長(zhǎng)度為N的子載頻序列最后，對(duì)M個(gè)子載頻信號(hào)依次進(jìn)行子載頻 插值，得到M個(gè)長(zhǎng)度為N的子載頻序列U。，. . .，1]"，. . .，UM1;
[0011] 步驟4,將M個(gè)長(zhǎng)度為N的子載頻序列U。，...，、...，UM1寫(xiě)為矩陣形式，得 到子載頻矩陣1]=[1]。，...，1]"1，...，1^ 1]1，子載頻矩陣1]的維數(shù)為^11，[*]1表示矩 陣轉(zhuǎn)置；再對(duì)子載頻矩陣U按列進(jìn)行離散傅里葉變換，得到時(shí)域離散基帶信號(hào)矩陣u= [u。，. . .，Uni，. . .，uMJT;其中u"為第m個(gè)時(shí)域離散基帶信號(hào)序列；
[0012] 步驟5,將時(shí)域離散基帶信號(hào)矩陣u通過(guò)公式
擴(kuò)展為帶有 循環(huán)前綴的0FDM發(fā)射波形矩陣v，v= [Vl，…，Vni，…，vM]，其維數(shù)為（N+L)XM，其中，L為 循環(huán)前綴的長(zhǎng)度，\為第m個(gè)發(fā)射天線的0FDM發(fā)射波形序列，v(1:L)表示帶有循環(huán)前綴的 0FDM發(fā)射波形矩陣v的第1到L行，v(L+l:N+L)表示帶有循環(huán)前綴的0FDM發(fā)射波形矩陣 v的第L+1到N+L行，u(N-L+l:N)表示時(shí)域離散基帶信號(hào)矩陣u的第N-L+1到N行；再對(duì) 第m個(gè)發(fā)射天線的0FDM發(fā)射波形序列Vni進(jìn)行數(shù)/模變換，并上變頻到雷達(dá)載頻f。，得到第 m個(gè)天線的集中式MM0雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 第一，本發(fā)明采用具有交織結(jié)構(gòu)的發(fā)射天線子載波權(quán)值向量，對(duì)集中式MM0雷達(dá) 的發(fā)射0FDM波形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠使集中式M頂0雷達(dá)的發(fā)射0FDM波形相互正交， 還使得多個(gè)發(fā)射0FDM波形占據(jù)整個(gè)系統(tǒng)帶寬，從而保證了高距離分辨率。
[0015] 第二，本發(fā)明優(yōu)化設(shè)計(jì)的集中式M頂0雷達(dá)的發(fā)射0FDM波形能夠滿(mǎn)足時(shí)域和頻域 的恒模特性，從而可以獲得發(fā)射機(jī)的最大工作效率和最大信噪比。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 下面結(jié)合【附圖說(shuō)明】和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017] 圖1是本發(fā)明的流程圖；
[0018] 圖2a、圖2b和圖2c分別是發(fā)射天線1、發(fā)射天線2和發(fā)射天線3的發(fā)射波形的時(shí) 域包絡(luò)圖，橫坐標(biāo)為采樣點(diǎn)，縱坐標(biāo)為信號(hào)幅度；
[0019] 圖3a、圖3b和圖3c分別是發(fā)射天線1、發(fā)射天線2和發(fā)射天線3的發(fā)射波形的子 載頻包絡(luò)圖，橫坐標(biāo)為頻點(diǎn)，縱坐標(biāo)為頻譜幅度；
[0020] 圖4a、圖4b和圖4c分別是發(fā)射天線1、發(fā)射天線2和發(fā)射天線3的發(fā)射波形的自 相關(guān)函數(shù)曲線圖，橫坐標(biāo)為米樣移位，縱坐標(biāo)為自相關(guān)幅度；
[0021] 圖5a是發(fā)射天線1的發(fā)射波形與發(fā)射天線2的發(fā)射波形的互相關(guān)函數(shù)曲線圖，橫 坐標(biāo)為采樣移位，縱坐標(biāo)為互相關(guān)幅度；
[0022] 圖5b是發(fā)射天線1的發(fā)射波形與發(fā)射天線3的發(fā)射波形的互相關(guān)函數(shù)曲線圖，橫 坐標(biāo)為采樣移位，縱坐標(biāo)為互相關(guān)幅度；
[0023] 圖5c是發(fā)射天線2的發(fā)射波形與發(fā)射天線3的發(fā)射波形的互相關(guān)函數(shù)曲線圖，橫 坐標(biāo)為采樣移位，縱坐標(biāo)為互相關(guān)幅度。
【具體實(shí)施方式】
[0024]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的一種集中式MM0雷達(dá)的發(fā)射0FDM波形的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括 以下具體步驟：
[0025] 步驟1，隨機(jī)產(chǎn)生M個(gè)長(zhǎng)度為^，且服從[01]均勻分布的向量 巾"，...，巾M，其中，m= 1，2,…，M，M為發(fā)射天線個(gè)數(shù)，N為發(fā)射信號(hào)子載頻數(shù)。
[0026] 步驟2,定義第m個(gè)子載頻信號(hào)的初始值tC ，并定義i為迭代次數(shù)，令迭代 次數(shù)i的初值為1 ;設(shè)計(jì)迭代算法，求解第m個(gè)子載頻信號(hào)，其中，I為迭代總次數(shù)，m= 1，2,…，M〇
[0027] 迭代算法的具體步驟為：
[0028] 2. 1對(duì)迭代次數(shù)為i時(shí)，第m個(gè)子載頻信號(hào)tJ：：廣進(jìn)行f點(diǎn)離散傅里葉逆變換 (IDFT)，得到迭代次數(shù)為i時(shí)第m個(gè)子載頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)域信號(hào);
[0029]2. 2提取迭代次數(shù)為i時(shí)，第m個(gè)子載頻信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)域信號(hào)礮的相位Zii'，
f其中，Z表示復(fù)信號(hào)的相位，atan表示取反正切函數(shù)，real和imag分 別表示取復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部；
[0030] 2. 3定義第m個(gè)恒定模值時(shí)域信號(hào)
，并對(duì)第m個(gè)恒定模值時(shí)域信號(hào) 進(jìn)行|點(diǎn)離散傅里葉變換（DFT)，得到第m個(gè)頻域信號(hào);
[0031]2. 4提取第m個(gè)頻域信號(hào)奶的相位，并計(jì)算得到第m個(gè)恒定模值頻域信號(hào)
[0032] 2. 5判斷迭代次數(shù)i是否滿(mǎn)足i<I，如果滿(mǎn)足，則令迭代次數(shù)i增加1，返回步驟 2. 1 ;如果不滿(mǎn)足，則得到第m個(gè)子載頻信號(hào)取卩=把/;
[0033]步驟3,首先，根據(jù)第m個(gè)子載頻信號(hào)切(>，設(shè)計(jì)具有交織結(jié)構(gòu)的第m個(gè)發(fā)射天線的 子載波權(quán)值向量
其中，t罰丨1為將第m個(gè)子載頻信號(hào) 進(jìn)行M倍插值后得到的信號(hào)，m= 1，2,…，M，k= 0, 1，…，N-l，1 ;然后，根據(jù) 具有交織結(jié)構(gòu)的第m個(gè)發(fā)射天線的子載波權(quán)值向量[Ujk，對(duì)第m個(gè)子載頻信號(hào)進(jìn)行子 載頻插值，得到第m個(gè)長(zhǎng)度為N的子載頻序列最后，對(duì)M個(gè)子載頻信號(hào)依次進(jìn)行子載頻 插值，得到M個(gè)長(zhǎng)度為N的子載頻序列U。，. . .，1]"，.