发射子孔径频控阵MIMO雷达收发滤波器系统设计方法技术方案

本发明专利技术公开了发射子孔径频控阵MIMO雷达收发滤波器系统设计方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、获取发射子孔径频控阵MIMO雷达在干扰环境下的接收信号及SINR；步骤2、建立发射接收波束优化问题；步骤3、对发射子孔径频控阵MIMO雷达的收发滤波器优化设计问题进行求解。本发明专利技术解决了现有技术中存在只对接收滤波器优化而导致抗干扰效果受限的问题，提高了输出SINR水平和抗干扰效果。SINR水平和抗干扰效果。SINR水平和抗干扰效果。

【技术实现步骤摘要】
发射子孔径频控阵MIMO雷达收发滤波器系统设计方法


[0001]本专利技术属于雷达
，涉及发射子孔径频控阵MIMO雷达收发滤波器系统设计方法。

技术介绍

[0002]频控阵MIMO雷达通过不同发射阵元发射具有微小频偏的信号，将频控阵与MIMO技术的优势相结合，使得其波束与角度和距离二维相关。发射子孔径是指将频控阵MIMO雷达的发射阵列分为若干个子阵，每个子阵发射的信号相互正交。自由度的扩展和频偏量的引入使得发射子孔径频控阵MIMO雷达能够解决常规相控阵雷达难以解决的问题。
[0003]电磁环境日趋复杂，干扰信号对雷达系统影响较大，需要合理设计收发滤波器系统来提高雷达系统的抗干扰和探测能力。现有技术通常对常规频控阵MIMO雷达的接收滤波器设计问题研究较为广泛，但缺少对发射子孔径MIMO雷达收发滤波器联合设计相关研究。现有技术还存在设计方法计算复杂度高，获得信干噪比(Signal
‑
to
‑
interference
‑
and
‑
noise Ratio,SINR)性能有限等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供发射子孔径频控阵MIMO雷达收发滤波器系统设计方法，解决了现有技术中存在只对接收滤波器优化而导致抗干扰效果受限的问题，提高了输出SINR水平和抗干扰效果。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，发射子孔径频控阵MIMO雷达收发滤波器系统设计方法，具体按照以下步骤实施：
[0006]步骤1、获取发射子孔径频控阵MIMO雷达在干扰环境下的接收信号及SINR；
[0007]步骤2、建立发射接收波束优化问题；
[0008]步骤3、对发射子孔径频控阵MIMO雷达的收发滤波器优化设计问题进行求解。
[0009]本专利技术的特点还在于：
[0010]步骤1具体按照以下步骤实施：
[0011]步骤1.1、获取发射子孔径频控阵MIMO雷达的接收目标信号；
[0012]通过窄带的发射子孔径频控阵MIMO系统的模型，发射阵列包括M个发射阵元，发射阵列被分为K个子阵，每一个子阵含M
T
＝M
‑
K+1个阵元，发射阵元的频偏为Δf，接收阵列包括N个接收阵元，第k个子阵发射的信号到达目标位置的表达式为：
[0013][0014]其中，表示第k个子阵的发射权值向量，(.)
T
表示转置操作，是第k个子阵发射的基带信号，τ
r
＝r/c是雷达到目标的时间延迟，为子阵发射导向矢量，θ为目标的角度；
[0015]接收到的信号通过接收系统中匹配滤波器处理后，接收目标信号的信号向量形式表示为：
[0016]y＝βΘ(θ,r)u+v
ꢀꢀ
(2)
[0017][0018]A(θ，r)＝diag(a
s
(r)
⊙
b(θ))
ꢀꢀ
(4)
[0019]a
s
(r)＝[1,e
j2πΔfr/c
,
…
,e
j2π(K
‑
1)Δfr/c
]T
ꢀꢀ
(5)
[0020]其中，b(θ)＝[b1,b2,...,b
K
]T
，v表示均值为0，协方差矩阵为的复高斯白噪声向量，β为目标的反射系数；a
r
(θ)＝[1,e
j2πdsin(θ)/λ
,
…
,e
j2π(N
‑
1)dsin(θ)/λ
]T
为接收导向矢量，为发射滤波器矢量；
[0021]当空域内存在一个感兴趣的目标和P个干扰信号，接收信号向量表示为：
[0022][0023]其中，β0，β
p
分别表示目标的复反射系数和第p个干扰的反射系数，将接收信号发送到接收滤波器进行处理，滤波后的信号为：
[0024]x＝w
H
y
ꢀꢀ
(7)；
[0025]步骤1.2、获取发射子孔径频控阵MIMO雷达接收端经过接收滤波器输出SINR；
[0026][0027][0028][0029]其中，(
·
)
H
表示共轭转置操作。
[0030]步骤2引入子阵阵元最大能量约束，构建以最大SINR为准则的收发滤波器优化问题：
[0031][0032]其中，I
K
表示维度为K的单位矩阵，Ξ
i
表示除第i个对角元素为1，其余元素均为0的矩阵，κ
i
表示各个子阵第i个发射阵元的功率限制值。
[0033]步骤3的具体步骤为：
[0034]步骤3.1、接收滤波器设计；
[0035]步骤3.2、发射波束设计；
[0036]步骤3.3、循环求解接收滤波器和发射滤波器优化问题。
[0037]步骤3.1的具体步骤为：
[0038]固定发射滤波器u，式(11)转化为接收滤波器优化问题：
[0039][0040]接收滤波器最优解为：
[0041][0042]步骤3.2的具体步骤为：
[0043]固定接收滤波器w，式(11)转化为发射滤波器优化问题：
[0044][0045][0046][0047]对于式(14)，引入辅助变量，采用半正定松弛算法，式(14)中的优化问题等价于：
[0048][0049]其中，α表示辅助变量；
[0050]令式(17)中第一个限制条件左边的参数α＝t，t为一个常数且与步骤3.1中目标函数的值有关，式(17)转化为：
[0051][0052]确定限制条件中t的取值为本次迭代中优化接收滤波器后所得到的SINR值，将t代入式(18)，采用凸优化工具箱对式(18)进行求解，得到U
opt
；
[0053]获取L个独立同分布的复高斯随机向量样本，i＝1,
…
,L；这些向量需要被处理来满足发射滤波器的功率限制：
[0054][0055]选择l
i
，i＝1,
…
,L中使SINR获得最大值的一个向量l，l即为所设计的发射滤波器。
[0056]步骤3.3在每一次迭代过程，依次固定发射滤波器和接收滤波器，分别对其进行优化设计，记录当前迭代下优化后SINR和发射接收滤波器优化解，将SINR作为下一次迭代中辅助变量t的值，将发射接收滤波器的解作为下一次迭代的初始解，直到在一次迭代前后，两次优化后得到的SINR的绝对值只差小于预设的迭代停止条件，并输出当前发射接收滤波器的解。
[0057]本专利技术的有益效果是：本专利技术用于对发射子孔径频控阵MIMO雷达的收发滤波器系统设计；利用循环迭代算法将收发滤波器设计问题转化为发射滤波器优化和接收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.发射子孔径频控阵MIMO雷达收发滤波器系统设计方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、获取发射子孔径频控阵MIMO雷达在干扰环境下的接收信号及SINR；步骤2、建立发射接收波束优化问题；步骤3、对发射子孔径频控阵MIMO雷达的收发滤波器优化设计问题进行求解。2.根据权利要求1所述的发射子孔径频控阵MIMO雷达收发滤波器系统设计方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：步骤1.1、获取发射子孔径频控阵MIMO雷达的接收目标信号；通过窄带的发射子孔径频控阵MIMO系统的模型，发射阵列包括M个发射阵元，发射阵列被分为K个子阵，每一个子阵含M
T
＝M
‑
K+1个阵元，发射阵元的频偏为Δf，接收阵列包括N个接收阵元，第k个子阵发射的信号到达目标位置的表达式为：其中，表示第k个子阵的发射权值向量，(.)
T
表示转置操作，是第k个子阵发射的基带信号，τ
r
＝r/c是雷达到目标的时间延迟，为子阵发射导向矢量，θ为目标的角度；接收到的信号通过接收系统中匹配滤波器处理后，接收目标信号的信号向量形式表示为：y＝βΘ(θ,r)u+v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)A(θ，r)＝diag(a
s
(r)
⊙
b(θ))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)a
s
(r)＝[1,e
j2πΔfr/c
,
…
,e
j2π(K
‑
1)Δfr/c
]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)其中，b(θ)＝[b1,b2,...,b
K
]
T
，v表示均值为0，协方差矩阵为的复高斯白噪声向量，β为目标的反射系数；a
r
(θ)＝[1,e
j2πdsin(θ)/λ
,
…
,e
j2π(N
‑
1)dsin(θ)/λ
]
T
为接收导向矢量，为发射滤波器矢量；当空域内存在一个感兴趣的目标和P个干扰信号，接收信号向量表示为：其中，β0，β
p
分别表示目标的复反射系数和第p个干扰的反射系数，将接收信号发送到接收滤波器进行处理，滤波后的信号为：x＝w
H
y
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)；步骤1.2、获取发射子孔径频控阵MIMO雷达接收端经过接收滤波器输出SI...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁梓航，谢军伟，黄洁瑜，齐铖，杨潇，张港生，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：