本發(fā)明涉及MIMO雷達系統(tǒng)中的相位編碼信號設計，屬于雷達通信技術領域。

背景技術：
多輸入多輸出(MIMO)雷達擁有能夠在強雜波背景下檢測出低、小、慢目標的能力，其良好的動態(tài)檢測范圍、動目標顯示(MTI)、動目標檢測(MTD)以及優(yōu)良的抗截獲性能必將使得MIMO雷達成為未來發(fā)展的主要趨勢之一。MIMO各通道發(fā)射的正交信號使得在空間上信號間互不干擾而形成低增益寬波束，提高了雷達信號抗截獲性能。接收信號通過與每個發(fā)射通道信號匹配濾波來恢復各個通道的正交信號分量，數字多波束形成技術(DBF)后形成多個高增益窄帶接收波束。為了提高雷達目標各項信息參數(如：角度分辨、速度分辨、距離分辨等)的檢測精度，需要進行時間上的有效積累(見文獻：MIMO雷達概念及其技術特點分析，何子述，韓春林，劉波.電子學報2005,33(12A):Page(s):2441-2445)。正交信號設計是MIMO雷達關鍵性技術之一，雷達性能的各項指標都離不開良好的波形設計。如：雷達信號的抗截獲性能要求發(fā)射波形在空間中能量分布均勻、信號間互不干擾；目標距離檢測性能則要求信號具有低的自相關旁瓣和互相關量(見文獻：UbiquitousMIMOMultifunctionDigitalArrayRadarandtheRoleofTime-EnergyManagementinRadar,Rabideau,D.J,ParkerP.MITLincolnLaboratoryProjectReport,10MAR2004；MIMOradar:Anideawhosetimehascome，Fishler,E.；Haimovich,A.Blum,R.etal.Proc.OftheIEEEInt.Conf.onRadar.Philadelphia,PA,April2004)。MIMO雷達為了提高角度測量精度和雜波對消效果則要求發(fā)射信號間在目標位置處輸出為零，即具有嚴格正交性(見文獻：OnParameterIdentifiabilityofMIMORadar，JianLi,PetreStoica,LuzhouXu,WilliamRoberts.IEEESignalProcessingLetters,2007,Vol.14,No.12,pages:968-971；MIMORadarSpace–TimeAdaptiveProcessingUsingProlateSpheroidalWaveFunctions，Chun-YangChen,Vaidyanathan,PP,IEEETransonSignalProcessing,2008,Vol.56,No.2,pages:623-635.)。隨著雙基地MIMO雷達出現，以及濾波器對超長編碼信號處理性能的提升(見文獻：DesignofSidelobeSuppressionFilterforLongBiphase-codedSignals,RuiYi-bin,WeiGuang-lei,LiPeng,XieRen-hong.JournalofNanjingUniversityofScienceandTechnology,Vol.36,No.4,Aug.2012,pages:686-689)，超長編碼信號以其自身抗截獲性能強、測量精度高等優(yōu)勢而被廣泛的運用到實際工程中，并把實際能夠設計出的最大編碼長度量作為波形設計的一個重要指標提出來。正交相位編碼信號是正交波形設計的一種重要形式，常見的設計方法是基于遺傳算法的正交波形設計和基于模擬退火算法的正交波形設計(見文獻：PolyphaseOrthogonalCodeDesignforMIMORadarSystems,CIE'06.BoLiu,ZishuHe,JiankuiZeng,Benyong.InternationalConferenceonRadar,Oct.2006,1:113-116；Synthesisofbinarysequenceswithgoodautocorrelationandcross-correlationpropertiesbysimulatedannealing.DengH.IEEETrans.Aerosp.Electron.System,1996,32(1):98-107)，兩者設計出的信號組都具有良好的自相關和互相關特性，但是信號間不具有嚴格正交性，給參數估計和雜波抑制方面帶來很大的限制。后來，提出了基于Walsh矩陣的相位編碼信號設計(見文獻：ImproveddesignofbinaryorthogonalcodeforMIMOradar,SunYing,ZishuHe,HongmingLiu,LiJun.Optoelectronicsandadvancedmaterials-rapidcommunications,Vol.5,No.8,August2011,pages:863-865)使得信號間具有嚴格正交性，但是單一Walsh矩陣的構建，使得設計超長編碼信號時，因存儲量過大而設計失敗，以及列變換構造嚴格正交性空間的范圍有限，使得遺傳算法優(yōu)化效果具有局限性。

技術實現要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種具有保證信號間嚴格正交性的，具有較低的自相關峰值旁瓣、低的互相關量以及低綜合脈壓旁瓣量的超長MIMO雷達正交信號編碼方法。本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是基于Walsh矩陣的超長正交二相碼編碼方法，包含以下步驟：1)、構建Walsh矩陣，該矩陣具有N行N列；Walsh矩陣保證編碼結果嚴格正交；2)、隨機產生g條編碼長度為L+N的遺傳算法染色體，其中g≥100；每個染色體編碼方式為：前L個基因編碼是從2,3,...,N中隨機選擇L個整數構成的序列，后N個基因編碼是隨機產生只含有+1和-1的二相碼序列；3)、將產生的g條染色體作為初始種群G0，對初始種群中每個染色體進行譯碼：每個染色體編碼長度為L+N，其中前L個編碼用于隨機從Walsh矩陣中抽取L個行向量，后N個編碼用于對抽取的L個行向量做異或或同或處理，形成重新編碼的L個相互正交的二相碼序列；4)、計算初始種群G0中每個染色體譯碼后得到的L個正交二相碼序列的自相關能量、互相關能量和綜合脈壓輸出能量，根據自相關能量、互相關能量和綜合脈壓輸出能量計算適應度值；5)、從初始種群G0中選擇適應度值較小的設定數量的染色體；6)、對選擇的染色體進行遺傳算法交叉操作；7)、對交叉后的新染色體進行遺傳算法變異操作；8)、將變異后的新染色體重新插入初始種群中，并更新當前種群為初始種群；判斷遺傳算法是否滿足結束條件，如是，將當前初始種群中的染色體作為信號個數L，編碼長度N的超長二相碼，如否，則返回步驟4)。具體的，遺傳算法滿足結束條件為：達到預設的最大遺傳代數；或者，初始種群存在一條染色體譯碼后生成序列的適應度值低于設定理想值時，在遺傳算法設定的最大遺傳代數未結束時強制結束遺傳過程。本發(fā)明通過Walsh函數的使用，來保證正交二相碼信號間的嚴格正交性；同時，基于對正交二相碼矩陣行向量做異或或同或處理后，各行向量間依然滿足嚴格正交性以及在Kronecker積形式下，抽取的信號組間依然滿足嚴格正交性的發(fā)現，對抽取的超長二相碼信號組做異或或同或處理來構建范圍較廣的正交性空間域，使得遺傳算法優(yōu)化出比較低的相關旁瓣量。另外，先抽取所需信號組再對信號組做異或或同或處理的方式，使得本發(fā)明能夠在較短的時間內設計出具有嚴格正交性和低相關旁瓣量的超長正交二相碼信號組。進一步的，為了避免單一Walsh矩陣的構建，使得設計超長編碼信號時，因存儲量過大而設計失敗的情況，本發(fā)明步驟1)中Walsh矩陣的構建具體為虛擬構建Walsh矩陣：將N1個Walsh函數等間隔采樣得到N1×N1正交二相碼Walsh矩陣B1，將N2個Walsh函數等間隔采樣得到N2×N2正交二相碼Walsh矩陣B2；存儲Walsh矩陣B1以及Walsh矩陣B2；將Walsh矩陣B1,B2用克羅內克Kronecker積形式構建出N×N虛擬超長編碼Walsh矩陣B，其中N＝N1·N2。Walsh矩陣使用Kronecker積形式虛擬的表述出大小為N1N2×N1N2的Walsh矩陣，這使得能夠在較小的N1,N2取值下，獲得較大Walsh矩陣的虛擬生成，即不需要占用過多的存儲空間來獲得超長編碼Walsh矩陣。B1,B2實際存儲，B不存儲，染色體譯碼抽取時，按照Kronecker積對應關系，從B1,B2矩陣中抽取對應的行向量編排組合構建譯碼后的超長編碼信號組。本發(fā)明的有益效果是，通過本發(fā)明得到的超長二相碼，其波形除了具有較低的自相關峰值旁瓣、低的互相關量和信號間嚴格正交性外，綜合脈壓輸出旁瓣比較低，具備更好的目標檢測性能，能夠滿足超長MIMO雷達發(fā)射波形的實際需求。先抽取后異或處理的原則又在一定程度上降低了計算復雜度，提升了設計效率。進一步的，使用Kronecker積形式構建虛擬Walsh矩陣，使得具有嚴格正交性的超長二相編碼信號得以存在，以更小的代價換取了具有良好正交性能的超長二相碼信號組。附圖說明圖1為實施例流程圖。具體實施方式為了便于后續(xù)描述，進行現有技術術語明確如下定義：MIMO雷達：多輸入多輸出型雷達，該雷達具有多個發(fā)射天線和多個接收天線。相對相控陣雷達不同點在于各通道發(fā)射信號不相同，需要發(fā)射信號間具有良好的正交特性。二相編碼信號：發(fā)射信號每個碼元在相同的載波條件下，對初始相位進行編碼，如果初始相位僅有0和π兩個取值則為二相編碼信號。嚴格正交性：發(fā)射信號間(至少具有2個發(fā)射信號)在沒有空間延遲的情況下進行脈沖壓縮處理，互相關輸出在零偏移點處(信號完全對齊)的值為0，那么就說信號間具有嚴格正交性。Walsh矩陣：對一組Walsh函數同時等間隔采樣，將每個Walsh函數采樣后形成的僅包含+1和-1行向量順序排列起來構成了Walsh矩陣，而且該矩陣行向量間具有嚴格正交性。自相關旁瓣：單個信號與自身做相關處理(即匹配濾波)，除在信號對齊處出現峰值，其它位置輸出均稱為自相關旁瓣。互相關輸出：從發(fā)射信號組中任意選取兩個不同的信號做相關處理，所有位置輸出均稱為互相關輸出。綜合脈壓旁瓣：各通道發(fā)射信號在沒有時延的情況下進行疊加，將疊加后的信號與自身做相關處理，除疊加信號的對齊處出現峰值，其它位置輸出均稱為綜合脈壓旁瓣。下面結合圖1，實施例具體步驟描述如下：步驟1、構建基于Walsh函數的正交二相碼矩陣1和矩陣2，每個二相碼矩陣任意行向量間都具有嚴格正交性，且兩個矩陣編碼長度之積為N。Walsh函數是一組非正弦的完備正交函數系，僅有+1和-1兩個取值。對Walsh函數進行采樣可得到一組由+1和-1組成的行向量，假設在單位時間內對N＝2v個Walsh函數進行等間隔采樣，且采樣時間間隔為1/N＝2-v，則得到一個N×N正交Walsh矩陣，例如v＝3，則生成的Walsh矩陣為：由于設計的是超長編碼信號，所以用一個Walsh矩陣直接構造超長編碼正交性空間會存儲量過大，容易發(fā)生溢出而導致設計失敗，因此通過構建兩個Walsh矩陣，利用Kronecker積形式進行映射形成虛擬超長編碼Walsh矩陣，該矩陣不占用實際存儲空間，僅僅在染色體譯碼時，按照映射關系調用構建的兩個Walsh矩陣的某幾個行向量進行組合，具體Kronecker積映射關系如下：假設生成兩個Walsh矩陣分別為B1和B2，其中b1,i,b2,j,i＝1,2,...,N1,j＝1,2,...,N2分別表示第1個和第2個Walsh矩陣的第i和第j行向量，那么虛擬生成的超長編碼Walsh矩陣B為：(Kronecker積用符號表述)則B中每個行向量bk,k＝1,2,...,N1N2表示如下：bk＝[b1,m(1)×b2,nb1,m(2)×b2,n…b1,m(N1)×b2,n](3)其中b1,m(c),c＝1,2,...,N1表示第1個Walsh矩陣的第m行向量的第c個元素，下表m,n取值情況如下，floor表示向下取整，mod表示取余：該映射方式下，矩陣B中第1個行向量僅包含+1一個元素，因此在染色體編碼時需將該行排除。步驟2、隨機產生g條染色體，其中g≥100，每個染色體編碼用一個長度為L+N的行向量表述，其中前L個元素是從2,3,...,N中隨機抽取的值，后N個元素為隨機產生的只含有+1和-1兩個值的序列。步驟3、將步驟2中產生的g條染色體作為初始種群G0，并按照譯碼規(guī)則進行譯碼和適應度值的計算。首先，進行染色體譯碼。譯碼規(guī)則為每個染色體前L個元素用來抽取虛擬超長編碼Walsh矩陣對應的行向量，后N個元素用來對抽取的行向量做異或處理，最終譯碼生成L個編碼長度為N的行向量即所需編碼信號組。例如，矩陣A,B均為4×4的Walsh矩陣抽取行向量個數L＝2，實際編碼長度N＝16，假設其中一個染色體編碼為g＝[391-1-11111-1-111-11-1-11](7)按照譯碼規(guī)則，抽取的L＝2行向量構成的信號組矩陣為：染色體向量的后N＝16個元素組成的向量與抽取的信號矩陣異或后生成的新的信號矩陣為C：(其中符號表示異或)譯碼方式下通過異或處理，不僅保證了選取得的信號間具有嚴格正交性，而且良好的異或處理將會使得信號組具有低相關旁瓣量。其次，適應度值計算。適應度值E主要包含染色體譯碼對應信號組的自相關旁瓣能量、互相關能量和綜合脈壓旁瓣能量之和，可以使用權值來調節(jié)三種旁瓣能量對適應度值E影響的比例。步驟4、適應度值進行分配。按照每個染色體譯碼后對應總能量E的大小分配該染色體被選擇的概率值即進行適應度值的分配，且被選擇的概率從大到小對應總能量E從低到高。例如，種群中存在g1,g2,g3,g4四個染色體，每個染色體對應總能量分別如下：E1＝2,E2＝5,E3＝1,E4＝3(10)那么每個染色體被選擇概率為：(記E＝E1+E2+E3+E4)即每個染色體的適應度值分配分別如下：H1＝P1＝0.8,H2＝P2＝0.5,H3＝P3＝0.9,H4＝P4＝0.7(12)步驟5、按照遺傳算法設置的選擇概率P進行選擇操作，以步驟4例子中染色體適應度取值為例，如果選擇概率P＝0.7，則按照適應度值分配結果從高到低排列染色體，選取前個染色體作為交叉操作的初始群體，即選取的染色體為g1,g3,g4三個染色體。步驟6、對步驟5選擇出適應度值E較小的染色體，對選取的染色體進行奇偶配對后，分別對前L和后N個元素進行多點交叉操作，具體過程如下：例如，參數設置抽取序列個數為L，實際編碼長度為N，其中一對父代染色體編碼g2如下：隨機交叉操作通過序列M1,M2,M3,M4執(zhí)行，它們形式如下：序列M1,M2,M3,M4為隨機產生僅包含0,1兩種元素的序列，其中M1,M2編碼長度為L，M3,M4編碼長度為N。用分別表示對M1,M2,M3,M4各序列取值分別取補后的序列，即：那么交叉后新生成的一對子代為：(1,1:L)表示第1行的1至L個元素，(2,1:L)表示第2行的1至L個元素，(1,1:N)表示第1行的1至N個元素，(2,1:N)表示第2行的1至N個元素；步驟7、對交叉后的染色體進行變異操作，針對其中一個染色體具體變異操作如下：例如，交叉后產生的一個染色體為：g＝[c1c2…cLcL+1cL+2…cL+N](17)隨機位置上的變異操作，通過兩個隨機產生的函數值M5＝k,k∈{1,2,...,L}和M6＝p,p∈{1,2,...,N}決定，變異后生成的染色體形式如下：g'＝[ckc1c2…ck-1ck+1…cLcL+pcL+1cL+2…cL+p-1cL+p+1…cL+N](18)交叉操作以及變異操作為遺傳算法的常用手段，可根據對染色體的需求來調整具體操作方法。步驟8、將變異后產生的染色體重新插入種群中，并更新當前種群為初始種群，重復步驟3到步驟7的操作，重復次數一般為80到160次。即最大遺傳代數為80到160。到達最大遺傳代數后，將當前初始種群中適應度值最小的染色體作為信號個數L，編碼長度N的超長二相碼?？蛇x的，如果在重復過程中，存在一條染色體譯碼后生成序列的適應度值低于設定的理想值，那么可以在遺傳算法設定的最大遺傳代數未結束時強制結束遺傳過程?？傊?，遺傳算法結束后對最優(yōu)染色體進行譯碼生成實際應用的正交超長二相碼序列并把該序列存儲起來供實際應用。本發(fā)明主要針對超長正交二相碼信號設計。Walsh矩陣的構造，使得設計的正交二相碼信號具有嚴格正交性，通過異或的方法構建正交二相碼信號空間域，使得遺傳算法能夠優(yōu)化其旁瓣量提供了有利的支持。其中Kronecker積形式下虛擬構建的超長Walsh矩陣，以及先抽取所需信號組再對信號組做異或處理等方式的使用，使得本發(fā)明能夠在較短的時間內設計出具有嚴格正交性和低相關旁瓣量的超長正交二相碼信號組?；诒景l(fā)明詳細的論述過程，可以設計出超長正交相位編碼信號。根據本發(fā)明的理論框圖，設計出一組碼元數N＝16384，信號個數L＝4的超長正交二相碼組，它的平均自相關峰值旁瓣量為0.0253(-31.9376dB)，平均互相關峰值量為0.0287(-30.8424dB)，綜合脈壓輸出峰值旁瓣量為0.0295(-30.6095dB)。.本發(fā)明的關鍵點是基于Walsh矩陣超長二相碼正交性空間域的設計，它不局限于上述的具體實施方式，例如對選取的正交二相碼信號組做同或運算依然可以構成正交空間域。本發(fā)明可以擴展到任何在本說明書中所展現的特征，以及揭示了任一新的具體實施方法。