一種類零相關(guān)正交相位編碼信號(hào)的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種類零相關(guān)正交相位編碼信號(hào)的設(shè)計(jì) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了保證MMO雷達(dá)的回波信號(hào)互不干擾并能夠從雷達(dá)回波信號(hào)中獲得獨(dú)立的目 標(biāo)信息，Mnro雷達(dá)需要發(fā)射正交波形的信號(hào)。實(shí)際中，理想的正交波形信號(hào)并不存在，因此 一般使用同時(shí)具有低自相關(guān)性和低互相關(guān)性的信號(hào)代替正交波形的信號(hào)。
[0003] 現(xiàn)已分別有使用模擬退火算法和遺傳算法設(shè)計(jì)出具有良好自相關(guān)性和互相 關(guān)性的正交多相碼（見文獻(xiàn)：Deng H. Synthesis of Binary Sequences with Good Autocorrelation and Crosscorrelation Properties by Simulated Annealing[J]. IEEE Transactions on Aerospace and electronic systems，1996, 32 (I) :98-107.劉波，何子 述.基于遺傳算法的正交多相碼設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2008, 22 (2) :62-66.),但 此類正交多相碼信號(hào)在主瓣附近的若干距離單元內(nèi)（稱為零相關(guān)區(qū)域）有較大的自相關(guān)旁 瓣和互相關(guān)。
[0004] 然而在實(shí)際應(yīng)用中，一方面，MM)雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)可能跨越多個(gè)（幾個(gè)甚至幾 十個(gè)）距離單元，為了減少鄰近距離單元回波的相互影響，保證高距離分辨率，要求雷達(dá)發(fā) 射的信號(hào)主瓣附近具有較低的自相關(guān)旁瓣和低互相關(guān)性能，而對(duì)遠(yuǎn)區(qū)自相關(guān)旁瓣和互相關(guān) 性能不做限制，即要求設(shè)計(jì)出類零相關(guān)正交多相碼信號(hào)；另一方面，假設(shè)觀測(cè)目標(biāo)在空中稀 疏分布，各目標(biāo)回波脈壓后在距離向互不重疊，此時(shí)，只需發(fā)射信號(hào)在零相關(guān)區(qū)具有較低的 自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)，而同等條件下，類零相關(guān)正交相位編碼比普通正交相位編碼在零相 關(guān)區(qū)具有更低的自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)，因此，在強(qiáng)雜波背景下，發(fā)射類零相關(guān)正交多相碼信 號(hào)可以大大提高雷達(dá)對(duì)空中稀疏分布的弱目標(biāo)的檢測(cè)概率；此外，類零相關(guān)正交多相碼還 可以用于通信系統(tǒng)進(jìn)行干擾抑制和信號(hào)同步等。因此，設(shè)計(jì)類零相關(guān)正交多相碼信號(hào)具有 重要意義。
[0005] 在類零相關(guān)正交多相碼信號(hào)設(shè)計(jì)方面，文獻(xiàn)（Li Jian，Stoica P，Zheng X. Signal synthesis and receiver design for MIMO radar imaging[J]. IEEE Trans, on Signal Processing，2008, 56 (8) :3959-3968.孫穎，何子述，劉娜，等?一種改進(jìn)的類零相關(guān)正交多 相碼設(shè)計(jì)方法[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2014,12(3) :273-279.)設(shè)計(jì)出了具有良好性能的類 零相關(guān)正交多相碼信號(hào)，但只適用于連續(xù)相位的多相碼信號(hào)設(shè)計(jì)，并不適用于實(shí)際雷達(dá)發(fā) 射信號(hào)可能只有幾個(gè)固定相位（離散相位）的情況；一些文獻(xiàn)利用遺傳算法設(shè)計(jì)出具有離 散相位的類零相關(guān)正交多相碼信號(hào)（見文獻(xiàn)：金明，廖桂生，李軍.基于遺傳算法的類零相 關(guān)正交多相碼設(shè)計(jì)[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2010,32(1) :14-17.劉志國，王亞利.局域 零相關(guān)多相碼設(shè)計(jì)[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2015,13(3) :310-313)，但其設(shè)計(jì)效果并不理想， 且效率比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種類零相關(guān)正交相位編碼信 號(hào)的設(shè)計(jì)方法，既能夠提高類零相關(guān)正交相位編碼信號(hào)的設(shè)計(jì)效率，又能得到一種具有低 自相關(guān)旁瓣和低互相關(guān)性能的具有離散相位的類零相關(guān)正交多相碼信號(hào)。
[0007] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)思路為：首先提出基于信號(hào)矩陣的碼元預(yù)測(cè)模型，通過該模型 得到具有低自相關(guān)旁瓣和低互相關(guān)性能的類零相關(guān)正交多相碼信號(hào)集，再從該信號(hào)集中選 取在零相關(guān)區(qū)具有最低自相關(guān)旁瓣峰值和互相關(guān)峰值加權(quán)和的相位編碼信號(hào)作為最終設(shè) 計(jì)出的類零相關(guān)正交相位編碼信號(hào)，這樣得到的類零相關(guān)正交相位編碼信號(hào)具有更優(yōu)的性 能。
[0008] 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)。
[0009] -種類零相關(guān)正交相位編碼信號(hào)的設(shè)計(jì)方法，所述方法包括如下步驟：
[0010] 步驟1，隨機(jī)產(chǎn)生L個(gè)長度為N。的初始相位編碼信號(hào)并確定目標(biāo)相位編碼信 號(hào)的零相關(guān)區(qū)長度為2K，其中，L為所述初始相位編碼信號(hào)的個(gè)數(shù)，N。為所述初始相位編碼 信號(hào)的長度，K、L和N。均為自然數(shù)，且1彡N。彡K ;
[0011]步驟 2,初始化，令 n = N。，_=U
[0012] 步驟3,設(shè)所述初始相位編碼信號(hào)的可用相位數(shù)為D，則遍歷產(chǎn)生DM^LX 1維的相 位編碼信號(hào)列向量cn+1，令Sn+1= [S n，cn+1]，構(gòu)成妒個(gè)碼長為n+1的相位編碼信號(hào)S n+1，從所 述妒個(gè)碼長為n+1的相位編碼信號(hào)S n+1中選取信號(hào)相關(guān)能量加權(quán)和最小的相位編碼信號(hào)， 其中，D為自然數(shù)，且D多2,所述信號(hào)相關(guān)能量加權(quán)和為自相關(guān)旁瓣峰值和互相關(guān)峰值的加 權(quán)和；
[0013] 令n加1，并將所述信號(hào)相關(guān)能量加權(quán)和最小的相位編碼信號(hào)賦值于S n;
[0014] 步驟4,重復(fù)執(zhí)行步驟3的操作N-N。次，得到碼長為N的目標(biāo)相位編碼信號(hào)；
[0015] 步驟5,重復(fù)執(zhí)行步驟1至步驟4的操作M次，得到M個(gè)LXN的目標(biāo)相位編碼信 號(hào)，所述M個(gè)LXN的目標(biāo)相位編碼信號(hào)構(gòu)成一個(gè)信號(hào)集= 1.2.….財(cái)卜從所述信號(hào) 集中選擇具有最小信號(hào)相關(guān)能量加權(quán)和的目標(biāo)相位編碼信號(hào)作為最終設(shè)計(jì)出的類零相關(guān) 正交相位編碼信號(hào)，其中，M為自然數(shù)。
[0016] 本發(fā)明的特點(diǎn)和進(jìn)一步的改進(jìn)為：
[0017] (1)所述步驟3中，從所述妒個(gè)碼長為n+1的相位編碼信號(hào)Sn+1中選取信號(hào)相關(guān) 能量加權(quán)和最小的相位編碼信號(hào)，具體包括：
[0018] 當(dāng)n < K時(shí)，分別計(jì)算所述妒個(gè)碼長為n+1的相位編碼信號(hào)S n+1的自相關(guān)旁瓣峰 值和互相關(guān)峰值加權(quán)和，選取信號(hào)相關(guān)能量加權(quán)和最小的相位編碼信號(hào)；
[0019] 當(dāng)n彡K時(shí)，分別計(jì)算所述妒個(gè)碼長為n+1的相位編碼信號(hào)S n+1的零相關(guān)區(qū)的自 相關(guān)旁瓣峰值和互相關(guān)峰值加權(quán)和，選取信號(hào)相關(guān)能量加權(quán)和最小的相位編碼信號(hào)；
[0020] (2)步驟 1 中，
[0021]
3,4…，n = 1，2，…，N。，D為所述初始相位編碼信號(hào)的可用相位個(gè)數(shù)，當(dāng)L = 1時(shí)，最終設(shè) 計(jì)的目標(biāo)相位編碼信號(hào)是類零自相關(guān)多相碼信號(hào)。
[0023] (3)在步驟3中，通過建立如下預(yù)測(cè)模型從所述妒個(gè)碼長為n+1的相位編碼信號(hào) Sn+1中選取信號(hào)相關(guān)能量加權(quán)和最小的相位編碼信號(hào)：
[0030] 其中，w為加權(quán)系數(shù)，0彡w彡1，A(Sl，i，X)為信號(hào)的非周期自相關(guān)函數(shù)，C(s p，sq， i，X)為信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)。
[0031] (5)信號(hào)的非周期自相關(guān)函數(shù)A(Sl，i，X)和信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)(：( 815，\，1，幻表示 為：

[0034] X為相位編碼信號(hào)的碼長，且令X = n+1。
[0035] (6)步驟5中，所述從所述信號(hào)集中選擇具有最低信號(hào)相關(guān)能量加權(quán)和的目標(biāo)相 位編碼信號(hào)，
[0036] 具體包括，構(gòu)造信號(hào)集中第m個(gè)信號(hào)S:1的自相關(guān)旁瓣峰值和互相關(guān)峰值加權(quán)和 的代價(jià)函數(shù)為：
[0038] 其中，A為加權(quán)系數(shù)，A多〇,從M個(gè)類零相關(guān)正交相位編碼信號(hào)篩選出具有最低 自相關(guān)旁瓣峰值和互相關(guān)峰值加權(quán)和的相位編碼信號(hào)，其最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為：
[0040] 其中，；
[0041] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1)相對(duì)于現(xiàn)有算法（如遺傳算法）的代 價(jià)函數(shù)大多基于信號(hào)零相關(guān)區(qū)自相關(guān)旁瓣和互相關(guān)的平均能量或峰值的整體最優(yōu)化設(shè)計(jì) 思想，本發(fā)明提出碼元預(yù)測(cè)模型，不從整體最優(yōu)加以考慮，每次做好