一種ddma波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于雷達技術領域，公開了一種DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法，包括：確定不模糊多普勒范圍內離散點數(shù)及多普勒頻率偏移分辨率；計算雜波多普勒點數(shù)及搜索次數(shù)，構造多普勒頻率偏移矩陣；對于多普勒頻率偏移矩陣的每一元素，以其坐標作為各發(fā)射通道對應的多普勒頻率偏移數(shù)，確定各發(fā)射通道在多普勒不模糊范圍內后構造對應的多普勒譜向量，得到合成多普勒譜向量，將該元素設置為合成多普勒譜向量中不重疊的雜波區(qū)間的長度；搜索多普勒頻率偏移矩陣中的最大元素，根據(jù)該最大元素的坐標計算各發(fā)射通道對應的最佳多普勒頻率偏移量。本發(fā)明能夠降低對DDMA波形的高脈沖重復頻率的要求，有效緩解應用DDMA波形時目標的盲速問題。
【專利說明】
一種DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及雷達技術領域，尤其涉及一種DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方 法。
【背景技術】
[0002] 多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIM0)雷達是一種全新的雷達 系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)相控陣雷達有著諸多優(yōu)勢：更容易檢測到弱小目標，更不易被截獲，更高 的速度分辨力，對系統(tǒng)前端關于頻率穩(wěn)定度、相位噪聲等指標要求更低等。因其獨特的性能 優(yōu)勢，M頂0雷達引起了廣泛關注。
[0003] 高性能的信號設計是MM0雷達實現(xiàn)的關鍵。MM0雷達采用多個天線同時發(fā)射一組 信號，回波信號中不可避免地存在各信號分量之間的相互模糊。為了有效分離不同發(fā)射信 號的回波，要求各發(fā)射信號之間應具有較小的互相關能量;同時，為了獲得較高的距離分辨 率及多目標分辨能力，要求各發(fā)射信號的非周期自相關函數(shù)應具有窄的主瓣和較低的旁 瓣。因此，為避免互干擾和檢測混淆，M頂0雷達發(fā)射信號需要優(yōu)化設計。
[0004] 目前國內外針對MM0雷達的信號優(yōu)化設計可簡單分為非正交信號設計和正交信 號設計。其中非正交信號設計不考慮信號的具體形式，僅結合成像、目標檢測、參數(shù)估計等 具體應用，使發(fā)射信號相關矩陣達到或接近期望的最優(yōu)相關矩陣。但這種信號設計過程往 往屬于非凸的優(yōu)化問題，優(yōu)化算法復雜，而且設計所得的最優(yōu)信號，往往是很復雜的調制信 號，技術上也難以實現(xiàn)，不利于實際系統(tǒng)的應用。而正交信號設計則是基于若干正交信號類 型，根據(jù)要求選擇合適的信號形式，確定優(yōu)化準則，設計代價函數(shù)，采用優(yōu)化算法對信號參 數(shù)進行優(yōu)化設計。這是一種"簡便信號選擇方法"，兼顧技術的實現(xiàn)難易程度和指標要求，這 種方法設計的信號，雖不是特定條件下的"最優(yōu)信號"，但能夠滿足系統(tǒng)性能指標和應用需 求。其中，MIM0體制下的正交信號可分為三大類:碼分正交信號（Code DivisionMultiple Access，CDMA)、時分正交信號(Time Division Multiple Access，TDMA)以及頻分正交信號 (Frequency Division Multiple Access，F(xiàn)DMA)。其中，F(xiàn)DMA信號是指一系列信號在同一時 亥IJ占據(jù)不同的頻譜范圍。根據(jù)各個波形的頻譜分離狀態(tài)，可以將FDMA信號劃分為三類:互不 重疊型、弱重疊型、緊密重疊型。其中，緊密重疊型FDMA信號，通常又被稱為空慢時間編碼信 號(Delay Division Multiple AccessjDMAhDDMA信號由于各發(fā)射信號間頻率延遲足夠 小，所以各通道信號的相關性強，雜波相消性好。機載雷達接收的地雜波具有很強的空時二 維耦合特性，因此對機載雷達的雜波抑制成為空時二維濾波問題。鑒于MIM0雷達雜波譜分 布，充分利用其多發(fā)多收特性，通過空時頻信息和雜波統(tǒng)計特性進行空時頻聯(lián)合處理 (Space-Time-Frequency Adaptive Processing，STFAP)，有望獲得更好的雜波抑制性能。 傳統(tǒng)的頻分正交波形與碼分波形對應的雜波相關性很低，這對于提高最小可檢測速度是不 利的。在這種情形下，為了獲得相關性比較高的正交波形，一種可行的方法就是采用空慢時 間編碼信號，即DDMA波形。
[0005] 在發(fā)射陣元數(shù)較多或者多普勒帶寬較大情況下，為了避免接收信號發(fā)生模糊，采 用DDMA波形要求雷達系統(tǒng)采用高脈沖重復頻率，然而過高的脈沖重復頻率在某些雷達應用 場景中是很難實現(xiàn)的。在脈沖重復頻率不能過高的情況下，只能將DDMA波形的頻率偏移減 小，然而這又會引起高速目標的多普勒模糊，產生盲速。

【發(fā)明內容】

[0006] 針對以上現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明實施例提供了一種DDMA波形的參差多普勒 頻率偏移選擇方法，能夠降低對DDMA波形的高脈沖重復頻率的要求，有效緩解應用DDMA波 形時目標的盲速問題。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案：
[0008] 一種DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法，應用于MM0雷達系統(tǒng)，MM0雷達 系統(tǒng)包括M個發(fā)射通道，M為整數(shù)，M彡3，所述方法包括如下步驟：
[0009] 步驟1，獲取脈沖重復頻率以及一個相干處理時間內的脈沖數(shù)，根據(jù)一個相干處理 時間內的脈沖數(shù)，確定不模糊多普勒范圍內離散點數(shù);根據(jù)不模糊多普勒范圍內離散點數(shù) 以及脈沖重復頻率，計算得到多普勒頻率偏移分辨率；
[0010] 步驟2，獲取載機速度及發(fā)射信號波長;根據(jù)載機速度和發(fā)射信號波長，確定雜波 多普勒帶寬;進而，根據(jù)多普勒頻率偏移分辨率以及雜波多普勒帶寬，計算得到雜波多普勒 點數(shù)，以及，根據(jù)多普勒頻率偏移分辨率、脈沖重復頻率、發(fā)射通道總數(shù)M以及雜波多普勒帶 寬，計算得到搜索次數(shù);根據(jù)搜索次數(shù)，構造得到多普勒頻率偏移矩陣，多普勒頻率偏移矩 陣是一個n s X ns X…X ns維的零矩陣，其共有M-1個維度，~表示搜索次數(shù)；
[0011] 步驟3,對于多普勒頻率偏移矩陣中的每一元素，分別以該元素在第i個維度的坐 標作為MM0雷達系統(tǒng)的第i多普勒頻率偏移數(shù)，進而判斷MM0雷達系統(tǒng)的各發(fā)射通道是否 都在多普勒不模糊范圍內，若是，則利用MM0雷達系統(tǒng)的全部多普勒頻率偏移數(shù)、不模糊多 普勒范圍內離散點數(shù)以及雜波多普勒點數(shù)，構造得到M個發(fā)射通道中每個發(fā)射通道對應的 多普勒譜向量，進而將M個發(fā)射通道中每個發(fā)射通道對應的多普勒譜向量相加，得到合成多 普勒譜向量;確定合成多普勒譜向量中不重疊的雜波區(qū)間的長度，將該元素設置為合成多 普勒譜向量中不重疊的雜波區(qū)間的長度;其中，MHTO雷達系統(tǒng)的第i多普勒頻率偏移數(shù)為M 個發(fā)射通道中的第i個發(fā)射通道與第i+1個發(fā)射通道之間的多普勒頻率偏移數(shù)，i取1到M-1 之間的所有整數(shù)值；
[0012] 步驟4,搜索得到多普勒頻率偏移矩陣中的最大元素，確定該最大元素的坐標，根 據(jù)該最大元素的坐標以及多普勒頻率偏移分辨率，計算得到M個發(fā)射通道中每個發(fā)射通道 對應的最佳多普勒頻率偏移量;其中，M個發(fā)射通道中的第1個發(fā)射通道對應的最佳多普勒 頻率偏移量為〇，M個發(fā)射通道中的第j個發(fā)射通道對應的最佳多普勒頻率偏移量為 &1 X g+a2 X Xg+( j-1) XB。，其中ai、a2、…、別表示多普勒頻率偏移矩陣中的最大元素 在第1個維度、第2個維度、…、第j-1個維度的坐標，j取2到M之間的所有整數(shù)值，g表示多普 勒頻率偏移分辨率，B。表示雜波多普勒帶寬。
[0013] 現(xiàn)有DDMA波形設計往往采用均勻多普勒頻率偏移，其在發(fā)射陣元數(shù)較多或者多普 勒帶寬較大情況下，為了避免接收信號發(fā)生模糊，采用DDMA波形要求雷達系統(tǒng)采用高脈沖 重復頻率，然而過高的脈沖重復頻率在某些雷達應用場景中是很難實現(xiàn)的。在脈沖重復頻 率不能過高的情況下，只能將DDMA波形的頻率偏移減小，然而這又會引起高速目標的多普 勒模糊，產生盲速。而基于本發(fā)明實施例提供的DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法， 可使得各個發(fā)射通道的雜波重疊達到最少，這樣在接收雷達回波的時，即可避免目標在所 有發(fā)射通道都落入雜波區(qū)而出現(xiàn)盲速。同時，基于本發(fā)明實施例提供的方法設計的最優(yōu)多 普勒頻率偏移并不唯一，因此可以更加自由的選擇多普勒頻率偏移。
【附圖說明】
[0014] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015] 圖1為本發(fā)明實施例提供的一種DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法的流程 示意圖一；
[0016] 圖2為本發(fā)明實施例提供的一種DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法的流程 示意圖二；
[0017] 圖3為本發(fā)明實施例二中各發(fā)射通道對應的多普勒譜向量的組成示意圖；
[0018] 圖4為本發(fā)明仿真實驗一中所繪制的多普勒頻移矩陣的示意圖；
[0019] 圖5(a)為采用現(xiàn)有的固定頻偏方法選擇發(fā)射信號頻偏后獲得到的原始距離多普 勒圖；
[0020] 5(b)為利用STFAP算法對圖5(a)的原始距離多普勒圖進行雜波抑制后的雜波距離 多普勒圖；
[0021] 圖5(c)為采用本發(fā)明方法選擇發(fā)射信號頻偏后獲得的原始距離多普勒圖；
[0022]圖5(d)為利用STFAP算法對圖5(c)的原始距離多普勒圖進行雜波抑制后的雜波距 離多普勒圖。
【具體實施方式】
[0023]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0024]另外，為了便于清楚描述本發(fā)明實施例的技術方案，在本發(fā)明的實施例中，采用了 "第一"、"第二"等字樣對功能和作用基本相同的相同項或相似項進行區(qū)分，本領域技術人 員可以理解"第一"、"第二"、等字樣并不對數(shù)量和執(zhí)行次序進行限定。
[0025] 實施例一、
[0026]本發(fā)明實施例提供一種DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法，應用于MM0雷 達系統(tǒng)，該M頂0雷達系統(tǒng)包括M個發(fā)射通道，M為整數(shù)，M彡3。
[0027] 圖1所示為本發(fā)明實施例提供的DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法的流程 圖，參見圖1，該方法包括以下步驟：
[0028] -種空慢時間編碼信號DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法，應用于多輸入 多輸出MIM0雷達系統(tǒng)，所述MIM0雷達系統(tǒng)包括M個發(fā)射通道，M為整數(shù)，M彡3,其特征在于，所 述方法包括如下步驟：
[0029] 步驟1，獲取脈沖重復頻率以及一個相干處理時間內的脈沖數(shù)，根據(jù)一個相干處理 時間內的脈沖數(shù)，確定不模糊多普勒范圍內離散點數(shù);根據(jù)不模糊多普勒范圍內離散點數(shù) 以及脈沖重復頻率，計算得到多普勒頻率偏移分辨率。
[0030] 具體的，可利用如下所示的第一預設公式計算得到多普勒頻率偏移分辨率：
[0031] g = fr/n,
[0032] 式中，g表示多普勒頻率偏移分辨率，fr表示脈沖重復頻率，n表示不模糊多普勒范 圍內的離散點數(shù)。
[0033] 步驟2，獲取載機速度及發(fā)射信號波長;根據(jù)載機速度和發(fā)射信號波長，確定雜波 多普勒帶寬;進而，根據(jù)多普勒頻率偏移分辨率以及雜波多普勒帶寬，計算得到雜波多普勒 點數(shù)，以及，根據(jù)多普勒頻率偏移分辨率、脈沖重復頻率、發(fā)射通道總數(shù)M以及雜波多普勒帶 寬，計算得到搜索次數(shù);根據(jù)搜索次數(shù)，構造得到多普勒頻率偏移矩陣。
[0034] 其中，構造得到的多普勒頻率偏移矩陣是一個ns Xns，X…Xns，維的零矩陣，其共 有M-1個維度，^表示搜索次數(shù)。
[0035]可選的，步驟2中，根據(jù)載機速度和發(fā)射信號波長，確定雜波多普勒帶寬，具體可以 包括：
[0036]根據(jù)載機速度和發(fā)射信號波長，利用第二預設公式，確定雜波多普勒帶寬。
[0037]其中，第二預設公式為：
[0038] bc = 4v/入，
[0039] 式中，v表示載機速度，A表示發(fā)射信號波長，B。表示雜波多普勒帶寬。
[0040] 可選的，步驟2中，根據(jù)多普勒頻率偏移分辨率以及雜波多普勒帶寬，計算得到雜 波多普勒點數(shù)，具體可以包括：
[0041] 根據(jù)多普勒頻率偏移分辨率以及雜波多普勒帶寬，利用第三預設公式，計算得到 雜波多普勒點數(shù)。
[0042] 其中，第三預設公式為：
[0043]
[0044] 式中，n。表示雜波多普勒點數(shù)，B。表示雜波多普勒帶寬，g表示多普勒頻率偏移分辨 率，[?」表示向下取整。
[0045] 可選的，步驟2中，根據(jù)多普勒頻率偏移分辨率、脈沖重復頻率、發(fā)射通道總數(shù)M以 及雜波多普勒帶寬，計算得到搜索次數(shù)，具體可以包括：
[0046] 根據(jù)多普勒頻率偏移分辨率、脈沖重復頻率、發(fā)射通道總數(shù)M以及雜波多普勒帶 寬，利用第四預設公式，計算得到搜索次數(shù)。
[0047]其中，第四預設公式為：
[0048] ns=\_(fT ~M -BC)I g],
[0049] 式中，1^表示搜索次數(shù)，B。表示雜波多普勒帶寬，g表示多普勒頻率偏移分辨率，fr 表示脈沖重復頻率，M表示發(fā)射通道總數(shù)，表示向下取整。
[0050] 步驟3,對于多普勒頻率偏移矩陣中的每一元素，分別以該元素在第i個維度中的 坐標作為MM0雷達系統(tǒng)的第i多普勒頻率偏移數(shù)，進而判斷MM0雷達系統(tǒng)的各發(fā)射通道是 否都在多普勒不模糊范圍內，若是，則利用mmo雷達系統(tǒng)的全部多普勒頻率偏移數(shù)、不模糊 多普勒范圍內離散點數(shù)以及雜波多普勒點數(shù)，構造得到m個發(fā)射通道中每個發(fā)射通道對應 的多普勒譜向量，進而將m個發(fā)射通道中每個發(fā)射通道對應的多普勒譜向量相加，得到合成 多普勒譜向量;確定合成多普勒譜向量中不重疊的雜波區(qū)間的長度，將該元素設置為合成 多普勒譜向量中不重疊的雜波區(qū)間的長度。
[0051 ]其中，MM0雷達系統(tǒng)的第i多普勒頻率偏移數(shù)為M個發(fā)射通道中的第i個發(fā)射通道 與第i+1個發(fā)射通道之間的多普勒頻率偏移數(shù)，i取1到M-1之間的所有整數(shù)值。第i個發(fā)射通 道與第i + 1個發(fā)射通道之間的第i多普勒頻率偏移數(shù)的物理含義為:將第i個發(fā)射通道對應 的多普勒頻譜圖循環(huán)移動第i多普勒頻率偏移數(shù)對應的多普勒頻率即得到第i + 1個發(fā)射通 道對應的多普勒圖。
[0052]具體的，可通過如下所示公式判斷各發(fā)射通道是否都在多普勒不模糊范圍內： [0053] Mnc+ A i+ A 2H-----i~Am-i^n，
[0054]式中，n。表示雜波多普勒點數(shù)，n表示不模糊多普勒范圍內的離散點的個數(shù)，M表示 發(fā)射通道總數(shù)。若上式成立，則說明各發(fā)射通道都在多普勒不模糊范圍內，否則，說明有發(fā) 射通道不在多普勒不模糊范圍內。
[0055] 其中，各發(fā)射通道對應的多普勒譜向量均為包含n-nc個元素的列向量，且各發(fā)射 通道對應的多普勒譜向量均包含M-1個雜波區(qū)間。第一個發(fā)射通道對應的多普勒譜向量的 雜波區(qū)間依次為：[A 1，A i+nc]、[ A i+ A 2+nc，A i+ A 2+2nc]、[ A i+ A 2+ A 3+nc，A i+ A 2+ A 3+ 2nc]、…、[Ai+A2H-----i~A m-i+(M-2)nc，A i+ A 2H-----A m-i+(M-l )nc];第二個發(fā)射通道對應的 多普勒譜向量的雜波區(qū)間依次為：[A 2，A 2+nc]、[ A 2+ A 3+n。，A 2+ A 3+2nc]、[ A 2+ A 3+ A 4+ 2nc? A 2+ A 3+ A 4+3nc] n ? ? n [ A 2+ A 3H-----1- A m+(M~2)nc? A 2+ A 3H-----1- A m+(M~1 )nc]......第M個 發(fā)射通道對應的多普勒譜向量的雜波區(qū)間依次為：[Am，AM+nc;]、[ AM+Adn。，Am+A# 2nc] n [ A m+ A 1+ A 2+2nc? A m+ A 1+ A 2+3nc] n " n [ A m+ A 1+ A 2H - A m-2+(M_2)nc，A m+ A 1+ A 2 +…A m_2+(M-1 )n。]。其中，A i表示第i多普勒頻率偏移數(shù)，A M表示第M個發(fā)射通道與第1個發(fā) 射通道之間的多普勒頻率偏移數(shù)，A M=n-Mnc；-( A i+ A 2H-----1- A m-i) 〇
[0056] -種具體的實現(xiàn)方式中，可將各發(fā)射通道對應的多普勒譜向量的雜波區(qū)間中的元 素設置為1，雜波區(qū)間之外的元素設置為〇。這樣，通過統(tǒng)計合成多普勒譜向量中值為1的元 素的個數(shù)即可得到合成多普勒譜向量中不重疊的雜波區(qū)間的長度。
[0057] 步驟4,搜索得到多普勒頻率偏移矩陣中的最大元素，確定該最大元素的坐標，根 據(jù)該最大元素的坐標以及多普勒頻率偏移分辨率，計算得到M個發(fā)射通道中每個發(fā)射通道 對應的最佳多普勒頻率偏移量。
[0058]其中，M個發(fā)射通道中的第1個發(fā)射通道對應的最佳多普勒頻率偏移量為0，M個發(fā) 射通道中的第j個發(fā)射通道對應的最佳多普勒頻率偏移量為&1 X g+a2 X gHi+aj-i Xg+( j-1) XB。，其中ai、a2、…、分別表示多普勒頻率偏移矩陣中的最大元素在第1個維度、第2個維 度、…、第j-1個維度中的坐標，j取2到M之間的所有整數(shù)值，g表示多普勒頻率偏移分辨率， B。表示雜波多普勒帶寬。
[0059]以上確定發(fā)射通道最佳多普勒頻率偏移量的依據(jù)在于:為了減少盲速，需要使M個 發(fā)射通道的雜波重疊盡可能地少，即希望M個發(fā)射通道對應的多普勒譜向量疊加后得到的 合成多普勒譜向量中不重疊的雜波區(qū)間的長度盡可能的大。而多普勒頻率偏移矩陣中的元 素的值即為合成多普勒譜向量中不重疊的雜波區(qū)間的長度，因此多普勒頻率偏移矩陣中的 最大元素在每一維度中的坐標即分別為各發(fā)射通道對應的最佳多普勒頻率偏移數(shù)。進一步 的，根據(jù)各發(fā)射通道對應的最佳多普勒頻率偏移數(shù)，即可確定各發(fā)射通道的最佳多普勒頻 率偏移量。
[0060]另外，需要補充說明的是，一般情況下，多普勒頻率偏移矩陣存在相等的多個最大 元素，而這些多個最大元素的坐標互不相同，因此，按照本發(fā)明實施例確定各發(fā)射通道的最 佳多普勒頻率偏移量并不唯一。
[0061 ]現(xiàn)有DDMA波形設計往往采用均勻多普勒頻率偏移，其在發(fā)射陣元數(shù)較多或者多普 勒帶寬較大情況下，為了避免接收信號發(fā)生模糊，采用DDMA波形要求雷達系統(tǒng)采用高脈沖 重復頻率，然而過高的脈沖重復頻率在某些雷達應用場景中是很難實現(xiàn)的。在脈沖重復頻 率不能過高的情況下，只能將DDMA波形的頻率偏移減小，然而這又會引起高速目標的多普 勒模糊，產生盲速。而基于本發(fā)明實施例提供的DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法， 可使得各個發(fā)射通道的雜波重疊達到最少，這樣在接收雷達回波的時，即可避免目標在所 有發(fā)射通道都落入雜波區(qū)而出現(xiàn)盲速。
[0062] 實施例二、
[0063]本發(fā)明實施例提供一種DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法，應用于MM0雷 達系統(tǒng)，該MIM0雷達系統(tǒng)包括3個發(fā)射通道。
[0064]圖2所示為本發(fā)明實施例提供的DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法的流程 圖，參見圖2，該方法包括以下步驟：
[0065]步驟1:獲取脈沖重復頻率以及一個相干處理時間內的脈沖數(shù);根據(jù)一個相干處理 時間內的脈沖數(shù)，確定不模糊多普勒范圍內離散點數(shù);根據(jù)不模糊多普勒范圍內離散點數(shù) 以及脈沖重復頻率，計算得到多普勒頻率偏移分辨率。
[0066] 具體的，可根據(jù)如下所示公式計算多普勒頻率偏移分辨率：
[0067] g = fr/n,
[0068] 式中，g表示多普勒頻率偏移分辨率，fr表示脈沖重復頻率，n表示不模糊多普勒范 圍內的離散點的個數(shù)。
[0069] 步驟2:獲取載機速度及發(fā)射信號波長;根據(jù)載機速度和發(fā)射信號波長，確定雜波 多普勒帶寬;根據(jù)多普勒頻率偏移分辨率、脈沖重復頻率、發(fā)射通道總數(shù)以及雜波多普勒帶 寬，計算雜波多普勒點數(shù)和搜索次數(shù);進而，根據(jù)搜索次數(shù)構造多普勒頻率偏移矩陣。
[0070] 其中，多普勒頻率偏移矩陣是一個ns X~維的矩陣，且矩陣中的元素均為0，ns表示 搜索次數(shù)。
[0071 ]具體的，可通過如下所示的公式確定雜波多普勒帶寬：
[0072] Bc = 4v/A
[0073] 式中，v表示載機速度，A表示發(fā)射信號波長，B。表示雜波多普勒帶寬。
[0074] 具體的，雜波多普勒點數(shù)以及搜索次數(shù)可通過如下所示公式計算：
[0075] n,=lBc/g\,
[0076] ns =[{fr-M-Bc)l g\,
[0077] 式中，n。表示雜波多普勒點數(shù)，1^表示搜索次數(shù)，B。表示雜波多普勒帶寬，g表示多 普勒頻率偏移分辨率，fr表示脈沖重復頻率，M表示發(fā)射通道總數(shù)，M=3，[_?」表示向下取整。 [0078]步驟3:將第一個發(fā)射通道與第二個發(fā)射通道之間的第一多普勒頻率偏移數(shù)設置 為A :，第二個發(fā)射通道與第三個發(fā)射通道之間的第二多普勒頻率偏移數(shù)設置為A 2，并令 A 尸 1，A 2= 1 〇
[0079]需要說明的是，第一個發(fā)射通道與第二個發(fā)射通道之間的多普勒頻率偏移數(shù)A丄 的物理含義為:將第一個發(fā)射通道對應的多普勒頻譜圖循環(huán)移動A :對應的多普勒頻率即 得到第二個發(fā)射通道對應的多普勒圖。類似的，第二個發(fā)射通道與第三個發(fā)射通道之間的 多普勒頻率偏移數(shù)A 2的物理含義為:將第二個發(fā)射通道對應的多普勒頻譜圖循環(huán)移動A 2 對應的多普勒頻率即得到第三個發(fā)射通道對應的多普勒圖。
[0080] 步驟4:判斷第一多普勒頻率偏移數(shù)A :是否小于等于搜索次數(shù):若是，則轉至步驟 5;否則，轉至步驟8。
[0081] 步驟5:判斷第二多普勒頻率偏移數(shù)A 2是否小于等于搜索次數(shù):若是，則轉至步驟 6;否則，令第一多普勒頻率偏移數(shù)A :加1后，轉至步驟8。
[0082] 步驟6:根據(jù)雜波多普勒點數(shù)、發(fā)射通道總數(shù)M、第一多普勒頻率偏移數(shù)A :以及第 二多普勒頻率偏移數(shù)△ 2，判斷各個發(fā)射通道是否都在多普勒不模糊范圍內；若是，則令第 二多普勒頻率偏移數(shù)△ 2加1后，轉至步驟5;否則，轉至步驟7。
[0083]其中，具體可通過如下所示公式判斷各個發(fā)射通道是否都在多普勒不模糊范圍 內：
[0084] Mnc+ A i+ A 2^；n,
[0085] 式中，n。表示雜波多普勒點數(shù)，n表示不模糊多普勒范圍內的離散點的個數(shù)，M表示 發(fā)射通道總數(shù)，M = 3。當上式成立時，則說明3個發(fā)射通道都在多普勒不模糊范圍內，否則， 說明有發(fā)射通道不在多普勒不模糊范圍內。
[0086] 步驟7:根據(jù)不模糊多普勒范圍內的離散點的個數(shù)、雜波多普勒點數(shù)、第一多普勒 頻率偏移數(shù)A :以及第二多普勒頻率偏移數(shù)A 2，構造3個發(fā)射通道對應的多普勒譜向量;進 而將3個發(fā)射通道對應的多普勒譜向量相加，得到合成多普勒譜向量，確定合成多普勒譜向 量中不重疊的雜波區(qū)間的長度，將多普勒頻率偏移矩陣中第A :行A 2列的元素設置為合成 多普勒譜向量中不重疊的雜波區(qū)間的長度。
[0087] 其中，3個發(fā)射通道對應的多普勒譜向量均為包含n-n。個元素的列向量。參見圖3， 第一個發(fā)射通道對應的第一多普勒譜向量 V1的雜波區(qū)間為：A :到A 1+n。以及A 1+ A 2+n。到 A # A 2+2nc;第二個發(fā)射通道對應的第二多普勒譜向量v2的雜波區(qū)間為A 2到A 2+nc以及!!-2nc-A dljn-nc-A :;第三個發(fā)射通道對應的第三多普勒譜向量V3的雜波區(qū)間為!!^。-'^ A 25l」n-2nc- A 廣 A 2以及n_2nc- A 2到n_nc- A 2。
[0088] 為計算方便，一種具體的實現(xiàn)方式中，可將第一多普勒譜向量V1、第二多普勒譜向 量^以及第三多普勒譜向量V3的雜波區(qū)間中的元素設置為1，雜波區(qū)間之外的元素設置為0。 這樣，通過統(tǒng)計合成多普勒譜向量中值為1的元素的個數(shù)即可得到合成多普勒譜向量中不 重疊的雜波區(qū)間的長度。
[0089] 步驟8,搜索得到多普勒頻率偏移矩陣中的最大元素，確定該最大元素所在的行數(shù) 及列數(shù)，根據(jù)該最大元素所在的行數(shù)及列數(shù)以及多普勒頻率偏移分辨率，計算得到3個發(fā)射 通道的最佳多普勒頻率偏移量。
[0090]其中，第一個發(fā)射通道、第二個發(fā)射通道以及第三個發(fā)射通道對應的最佳多普勒 頻率偏移量分別為〇、￡!說+8。、&說+&$+28。，其中&1表示多普勒頻率偏移矩陣中的最大元素所 在的行數(shù)，a 2表示多普勒頻率偏移矩陣中的最大元素所在的列數(shù)，g表示多普勒頻率偏移分 辨率，B。表示雜波多普勒帶寬。
[0091]以上確定發(fā)射通道最佳多普勒頻率偏移量的依據(jù)在于:為了減少盲速，需要使三 個發(fā)射通道的雜波重疊盡可能地少，即希望三個發(fā)射通道對應的多普勒譜向量疊加后得到 的合成多普勒譜向量中不重疊的雜波區(qū)間的長度盡可能的大。而多普勒頻率偏移矩陣中的 元素的值即為合成多普勒譜向量中不重疊的雜波區(qū)間的長度，因此多普勒頻率偏移矩陣中 的最大元素所在的行數(shù)及列數(shù)，即分別為第一個發(fā)射通道及第二個發(fā)射通道對應的最佳多 普勒頻率偏移數(shù)。根據(jù)第一個發(fā)射通道及第二個發(fā)射通道對應的最佳多普勒頻率偏移數(shù)， 即可計算得到3個發(fā)射通道的最佳多普勒頻率偏移量。
[0092]另外，需要補充說明的是，一般情況下，多普勒頻率偏移矩陣存在相等的多個最大 元素，而這些多個最大元素所在的行數(shù)和/或列數(shù)不同，因此，按照本發(fā)明實施例確定的3個 發(fā)射通道的最佳多普勒頻率偏移量并不唯一。
[0093]現(xiàn)有DDMA波形設計往往采用均勻多普勒頻率偏移，其在發(fā)射陣元數(shù)較多或者多普 勒帶寬較大情況下，為了避免接收信號發(fā)生模糊，采用DDMA波形要求雷達系統(tǒng)采用高脈沖 重復頻率，然而過高的脈沖重復頻率在某些雷達應用場景中是很難實現(xiàn)的。在脈沖重復頻 率不能過高的情況下，只能將DDMA波形的頻率偏移減小，然而這又會引起高速目標的多普 勒模糊，產生盲速。而基于本發(fā)明實施例提供的DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法， 可使得各個發(fā)射通道的雜波重疊達到最少，這樣在接收雷達回波的時，即可避免目標在所 有發(fā)射通道都落入雜波區(qū)而出現(xiàn)盲速。
[0094]以下，通過仿真實驗進一步說明本發(fā)明上述效果。
[0095]仿真實驗一：
[0096]( - )仿真參數(shù)設置
[0097] 在本仿真實驗中，采用機載三通道DDMA-MHTO雷達，脈沖重復頻率為2000Hz，不模 糊多普勒范圍內的離散點數(shù)為200，載機速度為100m/S，波長為2m。
[0098](二)仿真內容及仿真結果分析
[0099]按照本發(fā)明實施例前述步驟，搜索得到不同第一多普勒頻率偏移數(shù)及第二多普勒 頻率偏移數(shù)對應的合成多普勒譜的不重疊雜波區(qū)間長度，將長度值存儲到多普勒頻率偏移 矩陣中，以多普勒頻率偏移矩陣的行數(shù)為橫坐標、列數(shù)為縱坐標構成二維坐標系，將多普勒 頻率偏移矩陣中的元素的值繪制在所述二維坐標系中，并用不同的亮度標識不同的取值。 圖4所示即為所繪制的多普勒頻移矩陣的示意圖，圖中亮度不同對應的元素值不同，根據(jù)圖 中右側圖例可知，從頂端自低端的不同的亮度依次表示雷達回波數(shù)據(jù)占的比重由大到小， 其中與頂端亮度對應的區(qū)域代表不重疊雜波區(qū)間長度最長，也就是說各個發(fā)射通道的雜波 重疊達到最少，相應區(qū)域的多普勒頻率偏移為最優(yōu)。觀察圖4,可以發(fā)現(xiàn)圖中對角線的左側 區(qū)域中存在多處暗區(qū)域，也即按照本發(fā)明實施例方法設計得到的最優(yōu)多普勒頻率偏移量并 不唯一，因此多普勒頻率偏移的選擇更加自由。
[0100]仿真實驗二：
[0101](-)仿真參數(shù)設置
[0102] 在本仿真實驗中，采用機載四通道DDMA-M頂0雷達，脈沖重復頻率為2000Hz，不模 糊多普勒范圍內的離散點數(shù)為200,載機速度為100m/S，發(fā)射信號波長為2m，載機飛行高度 6km，主波束方位角90°，主波束俯仰角0°，采樣頻率2MHz，載頻150MHz，相干積累脈沖數(shù)128 個，脈沖寬度2us。發(fā)射信號的固定頻偏為400Hz，參差頻偏為0Hz、400Hz、800Hz、1600Hz。 [0103](二)仿真內容及仿真結果分析
[0104]采用現(xiàn)有的固定頻偏方法選擇發(fā)射信號頻偏，獲取四通道DDMA-MIM0雷達的雜波 回波的原始距離多普勒圖，進而利用STFAP算法對原始距離多普勒圖進行自適應雜波抑制， 得到雜波抑制后的雜波距離多普勒圖；采用本發(fā)明方法設計發(fā)射信號頻偏，獲取四通道 DDMA-M頂0雷達的雜波回波的原始距離多普勒圖，并同樣利用STFAP算法對原始距離多普勒 圖進行自適應雜波抑制，得到雜波抑制后的雜波距離多普勒圖。其中，圖5(a)所示為采用現(xiàn) 有的固定頻偏方法選擇發(fā)射信號頻偏后獲得到的原始距離多普勒圖，5(b)為利用STFAP算 法對圖5(a)的原始距離多普勒圖進行雜波抑制后的雜波距離多普勒圖，圖5(c)為采用本發(fā) 明方法選擇發(fā)射信號頻偏后獲得的原始距離多普勒圖，圖5(d)為利用STFAP算法對圖5(c) 的原始距離多普勒圖進行雜波抑制后的雜波距離多普勒圖。圖中顏色深淺不同代表雷達回 波數(shù)據(jù)的多少，圖例中所示顏色從頂端自低端依次表示雷達回波數(shù)據(jù)占的比重從大到小。 觀察圖5 (a)和圖5 (c)，可以得出，DDMA-M頂0雷達四個發(fā)射通道對應的雜波在多普勒域是分 開的，因此可以提取出四個發(fā)射通道對應的雜波。觀察圖5(b)，可以發(fā)現(xiàn)，采用現(xiàn)有的固定 頻偏方法選擇發(fā)射信號頻偏會使四個發(fā)射通道出現(xiàn)對應的主雜波中心，導致DDMA-MM0雷 達出現(xiàn)多個盲速。觀察圖5(d)和圖5(b)，可以看出，相比于圖5(b)，圖5(d)中目標的盲速基 本被抑制了，盲速問題基本得到了解決，而且具有更小的最小可檢測速度。因此，可以得出， 采用本發(fā)明實施例提供的DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法，能夠避免盲速問題。 [0105]本領域普通技術人員可以理解:實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過 程序指令相關的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，該程序 在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟;而前述的存儲介質包括:ROM、RAM、磁碟或者光 盤等各種可以存儲程序代碼的介質。
[0106]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵 蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。
【主權項】
1. 一種DDMA波形的參差多普勒頻率偏移選擇方法，應用于多輸入多輸出MIMO雷達系 統(tǒng)，所述MIM0雷達系統(tǒng)包括M個發(fā)射通道，M為整數(shù)，M多3，其特征在于，所述方法包括如下步 驟： 步驟1，獲取脈沖重復頻率以及一個相干處理時間內的脈沖數(shù)，根據(jù)所述一個相干處理 時間內的脈沖數(shù)，確定不模糊多普勒范圍內離散點數(shù);根據(jù)所述不模糊多普勒范圍內離散 點數(shù)以及所述脈沖重復頻率，計算得到多普勒頻率偏移分辨率； 步驟2，獲取載機速度及發(fā)射信號波長;根據(jù)所述載機速度和所述發(fā)射信號波長，確定 雜波多普勒帶寬;進而，所述根據(jù)所述多普勒頻率偏移分辨率以及所述雜波多普勒帶寬，計 算得到雜波多普勒點數(shù)，以及，根據(jù)所述多普勒頻率偏移分辨率、所述脈沖重復頻率、發(fā)射 通道總數(shù)M以及所述雜波多普勒帶寬，計算得到搜索次數(shù);根據(jù)所述搜索次數(shù)，構造得到多 普勒頻率偏移矩陣，所述多普勒頻率偏移矩陣是一個n s X ns X…X ns維的零矩陣，其共有M-1個維度，^表示搜索次數(shù)； 步驟3，對于所述多普勒頻率偏移矩陣中的每一元素，分別以該元素在第i個維度中的 坐標作為所述MM0雷達系統(tǒng)的第i多普勒頻率偏移數(shù)，進而判斷所述MM0雷達系統(tǒng)的各發(fā) 射通道是否都在多普勒不模糊范圍內，若是，則利用所述MM0雷達系統(tǒng)的全部多普勒頻率 偏移數(shù)、所述不模糊多普勒范圍內離散點數(shù)以及所述雜波多普勒點數(shù)，構造得到所述M個發(fā) 射通道中每個發(fā)射通道對應的多普勒譜向量，進而將所述M個發(fā)射通道中每個發(fā)射通道對 應的多普勒譜向量相加，得到合成多普勒譜向量;確定所述合成多普勒譜向量中不重疊的 雜波區(qū)間的長度，將該元素設置為所述合成多普勒譜向量中不重疊的雜波區(qū)間的長度;其 中，所述MIM0雷達系統(tǒng)的第i多普勒頻率偏移數(shù)為所述M個發(fā)射通道中的第i個發(fā)射通道與 第i+1個發(fā)射通道之間的多普勒頻率偏移數(shù)，i取1到M-1之間的所有整數(shù)值； 步驟4,搜索得到所述多普勒頻率偏移矩陣中的最大元素，確定該最大元素的坐標，根 據(jù)該最大元素的坐標以及所述多普勒頻率偏移分辨率，計算得到所述M個發(fā)射通道中每個 發(fā)射通道對應的最佳多普勒頻率偏移量;其中，所述M個發(fā)射通道中的第1個發(fā)射通道對應 的最佳多普勒頻率偏移量為〇,所述M個發(fā)射通道中的第j個發(fā)射通道對應的最佳多普勒頻 率偏移量為aiXg+a2Xg"_+aj-1 Xg+( j-1) XBc，其中ai、a2、…、aj-1分別表不多普勒頻率偏移 矩陣中的最大元素在第1個維度、第2個維度、…、第j_l個維度中的坐標，j取2到M之間的所 有整數(shù)值，g表示多普勒頻率偏移分辨率，B。表示雜波多普勒帶寬。2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1中，所述根據(jù)所述不模糊多普勒范圍 內離散點數(shù)以及所述脈沖重復頻率，計算得到多普勒頻率偏移分辨率，包括： 根據(jù)所述不模糊多普勒范圍內離散點數(shù)以及所述脈沖重復頻率，利用第一預設公式， 計算得到多普勒頻率偏移分辨率;其中，所述第一預設公式為:g = fr/n，式中，g表示多普勒 頻率偏移分辨率，fr表示脈沖重復頻率，n表示不模糊多普勒范圍內的離散點數(shù)。3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述根據(jù)所述載機速度和所 述發(fā)射信號波長，確定雜波多普勒帶寬，包括： 根據(jù)所述載機速度和所述發(fā)射信號波長，利用第二預設公式，確定雜波多普勒帶寬；其 中，所述第二預設公式為:B。= 4v/A，式中，v表示載機速度，A表示發(fā)射信號波長，B。表示雜波 多普勒帶寬。4. 根據(jù)權利要求1-3任一項所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述根據(jù)所述多普勒頻 率偏移分辨率以及所述雜波多普勒帶寬，計算得到雜波多普勒點數(shù)，包括： 根據(jù)所述多普勒頻率偏移分辨率以及所述雜波多普勒帶寬，利用第三預設公式，計算 得到雜波多普勒點數(shù);其中，所述第三預設公式為:' =1軟/ g」，式中，n。表示雜波多普勒點 數(shù)，B。表示雜波多普勒帶寬，g表示多普勒頻率偏移分辨率，[?」表示向下取整。5.根據(jù)權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，步驟2中，所述根據(jù)所述多普勒頻 率偏移分辨率、所述脈沖重復頻率、發(fā)射通道總數(shù)M以及所述雜波多普勒帶寬，計算得到搜 索次數(shù)，包括： 根據(jù)所述多普勒頻率偏移分辨率、所述脈沖重復頻率、發(fā)射通道總數(shù)M以及所述雜波多 普勒帶寬，利用第四預設公式，計算得到搜索次數(shù)；其中，第四預設公式為： ns =|_(尤-M ?氧)/§」，式中，^表示搜索次數(shù)，B。表示雜波多普勒帶寬，g表示多普勒頻率偏 移分辨率，fr表示脈沖重復頻率，M表示發(fā)射通道總數(shù)，[_?」表示向下取整。
【文檔編號】G01S7/282GK106054138SQ201610616491
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月29日
【發(fā)明人】吳建新, 牛芊芊, 張瑩瑩, 王彤
【申請人】西安電子科技大學