一种正交多相编码波形获取方法、装置及电子设备转让专利
申请号 : CN201911374267.6
文献号 : CN111273235B
文献日 : 2022-01-28
发明人 : 张养瑞 , 田永华 , 常振春
申请人 : 北京无线电测量研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种正交多相编码波形获取方法,其特征在于:包括,S1,确定脉冲宽度τ、脉冲相参积累个数I、码元数目Kr、码元相位选择值和脉冲重复周期PRT,建立脉冲重复周期组;
或,确定脉冲宽度τ、脉冲相参积累个数I、码元数目Kr、码元相位的选择值和脉冲重复频率PRF范围,建立脉冲重复频率组;
S2,根据所述脉冲重复周期组/所述脉冲重复频率组,将雷达距离‑速度遮挡区域最小化函数、波形归一化自相关旁瓣峰值最小化函数和互相关峰值最小化函数的加权和作为目标函数;
S3,求解所述目标函数,得到正交多相编码波形。
2.根据权利要求1所述的一种正交多相编码波形获取方法,其特征在于:在所述S2中,所述雷达距离‑速度遮挡区域最小化函数minE1为其中,N为重频数,k表示第k个距离单元,i表示第i组重频,x和y为任意自然数,l代表第l个速度通道,距离单元个数为K(i),i=1,…,N,速度通道个数为Lv(i),Rmax为最大探测距离,Kr为发射脉冲包含的码元数,Lc为杂波占据的速度通道数;gi(k)为第i组重频对应的第k个距离单元的可见度,为1代表所述距离单元遮挡,为0代表不遮挡;ei(l)为第i组重频对应的第l个速度通道的遮挡程度,所述ei(l)为1代表该距离单元遮挡,为0代表不遮挡;fi(k,l)为第i组重频探测时距离单元k和速度单元l的遮挡度;f(k,l)为所有重频联合探测时的距离‑速度遮挡度,当可见的重频数之和等于N时,所述遮挡度为1,否则不遮挡。
3.根据权利要求2所述的一种正交多相编码波形获取方法,其特征在于:所述波形归一化自相关旁瓣峰值最小化函数为
所述互相关峰值最小化函数为
在所述S2中,所述目标函数为
其中,τ0为子码时间宽度;φn(k)为第n个正交波形内第k个子码的初始相位,取值为(0,
2π),Kr为发射脉冲包含的码元数,λ1,λ2,λ3为目标函数加权系数。
4.根据权利要求3所述的一种正交多相编码波形获取方法,其特征在于:所述S3求解的过程包括,
采取获取的正交码元序列基因编码方式,通过遗传算法求解所述目标函数。
5.根据权利要求4述的一种正交多相编码波形获取方法,其特征在于:所述获取的正交码元序列基因编码方式过程包括:S311,根据码元长度范围 随机选定码元长度;
S312,按照所述码元长度选择相应的码元,为选择的每个码元随机分配所述码元相位选择值;
S313,根据所述选择的相应码元的码元相位数列中,码元相位的位置序号作为所述对应基因的数值;
其中,Tmax为PRT上限;λ为脉冲占空比的上限值;τmin为脉冲宽度。
6.根据权利要求4或5所述的一种正交多相编码波形获取方法,其特征在于:在所述S3中通过所述遗传算法求解所述目标函数的过程包括,确定所述遗传算法中的种群数量和适应度的算法参数,确定选择运算、交叉运算和变异运算中的一种作为遗传算子操作方式。
7.根据权利要求6所述的一种正交多相编码波形获取方法,其特征在于:在所述遗传算法中,将所述目标函数作为对应染色体的适应度值。
8.根据权利要求7所述的一种正交多相编码波形获取方法,其特征在于:在所述遗传算法中,执行以下步骤:
所述选择运算使用基于概率选择方式和确定方式,所述适应度值高于平均适应度的个体保留到下一代;
所述交叉运算使用单断点交叉法,在染色体随机配对后,随机设置一个交叉点位置d,d表示交叉点设置在该基因座之后,再相互交换配对染色体之间的部分基因;
所述变异运算采用基本位变异算子、均匀变异算子、边界变异算子和非均匀变异算子;
在使用所述均匀变异、所述边界变异算子和所述非均匀变异算子后再进行取整运算。
9.根据权利要求8所述的一种正交多相编码波形获取方法,其特征在于:在所述遗传算法中,还包括,
选择所述非均匀变异算子,按公式 进行计算,其中xi为个体x中的一个变异点,所述变异点的基因取值范围为[ai,bi];r3为第一随机数;Δ(t,y)表示[0,y]范围内符合非均匀分布的一个随机数;
所述随机数通过公式Δ(t,y)=y×r×(1‑t/T)b得出,其中r是[0,1]中的第二随机数;
T是最大进化代数;b是一个给定的参数;
并对新个体x′i进行取整操作。
10.一种电子设备,其特征在于:包含权利要求1‑9中任一项所述的正交多相编码波形获取方法。
说明书 :
一种正交多相编码波形获取方法、装置及电子设备
技术领域
背景技术
境杂波影响的程度,而MPRF‑PD波形存在距离和 速度二维模糊及遮挡的缺点,必须采用多
重频组联合探测的方法解模糊, 从而得到正交多相编码波形。上述过程存在重频数多,节
省搜索时间长的 问题。
发明内容
建立脉冲重复周期组;或,确定脉冲宽度τ、 脉冲相参积累个数I、码元数目Kr、码元相位的
选择值和脉冲重复频率PRF 范围,建立脉冲重复频率组;S2,根据所述脉冲重复周期组/所
述脉冲重复 频率组,将雷达距离‑速度遮挡区域最小化函数、波形归一化自相关旁瓣峰值
最小化函数和互相关峰值最小化函数的加权和作为目标函数;S3,求解所述 目标函数,得
到正交多相编码波形。
探测距离,Kr为发射脉冲包含的码元数,Lc为杂波占据的速度通道数;gi(k)为第i组重频对
应的第k个距离单元的可见 度,为1代表所述距离单元遮挡,为0代表不遮挡;ei(l)为第i组
重频对 应的第l个速度通道的遮挡程度,所述ei(l)为1代表该距离单元遮挡,为0 代表不
遮挡;fi(k,l)为第i组重频探测时距离单元k和速度单元l的遮挡度; f(k,l)为所有重频联
合探测时的距离‑速度遮挡度,当可见的重频数之和 等于N时,所述遮挡度为1,否则不遮
挡。
为选择的每个码元随机分配所述码元相位选择值; S313,根据所述选择的相应码元的码元
相位数列中,码元相位的位置序号 作为所述对应基因的数值。
一种作为遗传算子操作方式。
单断点交叉法,在染色体随机配对后,随机设置一 个交叉点位置d,d表示交叉点设置在该
基因座之后,再相互交换配对染色 体之间的部分基因;所述变异运算采用基本位变异算
子、均匀变异算子、 边界变异算子和非均匀变异算子;在使用所述均匀变异、所述边界变异
算 子和所述非均匀变异算子后再进行取整运算。
值范围为[ai,bi];r3为第一随机数;Δ(t,y)表示[0,y]范围内符合 非均匀分布的一个随机
数;所述随机数通过公式Δ(t,y)=y×r×(1‑t/T)b得出,其 中r是[0,1]中的第二随机数;
T是最大进化代数;b是一个给定的参数;并对 新个体x′i进行取整操作。
值最小为目标函数,建立重复周期组和多相编码 序列组同步优化设计模型。利用遗传算法
求解模型的最优解,并给出了具 体的求解步骤。该模型在解决MPRF‑PD正交多相编码波形
的遮挡和低旁 瓣问题具有很好的应用性,对提高地面低空监视雷达的探测效果有一定的
可行性。
附图说明
具体实施方式
细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它 情况中,省略对众所周知的装置、电路以
及方法的详细说明,以免不必要的 细节妨碍本发明的描述。
码元相位的选择值和脉冲重复频率PRF 范围,建立脉冲重复频率组;
作为目标函数;
相关峰值最小为目标函数,建立重复周期组和多 相编码序列组同步优化设计模型。利用遗
传算法求解模型的最优解,并给 出了具体的求解步骤。该模型在解决MPRF‑PD正交多相编
码波形的遮挡 和低旁瓣问题具有很好的应用性,对提高地面低空监视雷达的探测效果有
一定的可行性。
为了达到较好的杂波抑制效果,脉冲相参积累 个数优选值16、32、64和128,脉冲相参积累
个数的上限受到搜索雷达波 位驻留时长的限制。
取值应同时满足雷达最大探测距离和调制带宽 时间的限制。
探测距离已确定的前提下,利用上述方程 计算得出发射波形的有效积累时间,结合τf=
τmin×I的关系再合理分配脉冲 宽度τmin和脉冲相参积累个数I,根据探测目标的速度范围
和天线转速,I 取值范围为{16,32,64,128}。
4倍环境杂波速度谱宽度fc,即 其中C为光速,此时PRT对应为最大值
Tmax。
脉冲宽度τ确定的条件下,PRT下限值为τ/λ, 即PRF的上限值λ/τ。
s~30m/s,距离单元时长0.2us,工作频率 为f=8GHz,要求每个PRT中均包含整数个距离单
元,则PRT及PRF可选 值如表2所示。
4.142×10 种,其中重频数根据系统需求可设计成3、5、8重 频,本实施例中选取了常用的5
重频。
为单个码元宽度τo=1/B;Tmax为PRT上限。
如表所示。
相关函数旁瓣/互相关函数峰值最小的一组中重PRF四相编码序列。因此将距离/速度可探
测区域最大(也即是距离单元/ 速度通道盲区总数最小)和自相关函数旁瓣/互相关函数峰
值最小作为波形 优化的目标函数。
距离单元个数为K,最大测量多普勒频率fmax对 应的速度通道个数为Lv,发射脉冲包含的码
元数为Kr,杂波占据的速度通 道数为Lc,按照上述参数画出雷达各组重频的距离‑速度遮挡
图fi(k,l)和所 有重频的距离‑速度遮挡图f(k,l)。
(k,l)为第i组重频探测时距离单元k和速度单 元l的联合遮挡度,f(k,l)为所有重频联合
探测时的距离‑速度遮挡度,当可 见的重频数之和等于N时,该距离单元遮挡度为1,反之不
遮挡。
挡最小,也就是使目标可见度最大。该问题可以 用数学描述为带约束的非线性优化,即公
式(2)所示:
2π)。
于一组码元长度L,可用于表示一组相位编码 序列的相位值。
按位置序号表示成十进制整数 为{1,
2,...,M}。由于每个码元只能选取1~M中的一种相位值,所以可以直接 将各码元相位在相
位集的位置序号作为对应基因的数值,该基因数值范围 是1~M。对矩阵 中所有
T
码元相位进行编码之后可得到一组基因值 X=[X1,X2,...,XN] ,该基因组即为一个对应N
组正交相位编码波形的染色体 片段。对于种群内第d个个体中的相位编码策略染色体片
T
段,可记为 Xd=[Xd1,Xd2,...,XdN]。
图1所示。
选值在取值范围内的序号可表示为集合 然后对序号κ∈
(1,κmax)进行二进制转换后即可得 到对应一个PRT值的基因yn,yn的位数应大于所能表示的
T
序号数。对N 个重频进行编码之后可得到基因2的编码结果Y=[y1,y2,...,yN]。该基因 组
即为一个对应一种特定干扰样式选取策略的染色体片段。对于第d个个 体中的干扰对象分
T
配策略染色体片段,可记为Yd=[yd1,yd2,...,ydN]。
{001111000,011001010,100000111},转换为十进制 编码为b1=120,b2=202,b3=263,即
意味着重频1包含的距离单元个数为 35+120‑1=154,时长PRT为77us,PRF为12.99kHz;重
频2包含的距离 单元个数为35+202‑1=236,时长PRT为118us,PRF为8.47kHz;重频3 包含
的距离单元个数为35+263‑1=297,时长PRT为148.5us,PRF为 6.73kHz。
优化目标函数作为对应染色体的适应度值。
择非均匀变异算子,按公式(12)进行:
数;Δ(t,y)表示[0,y]范围内符合非均匀分布的一个随机数,Δ(t, y)=y×r×(1‑t/T) 。
其中,其中r是[0,1]中的第二随机数;T是最大进化代数; b是一个给定的参数。最后,对新
个体xi’实施取整操作。
片段Xd=[Xd1,Xd2,...,XdN]和PRT时长对应的基因片段 Yd=[yd1,yd2,...,ydN]。
适应度大的个体一定能保留到下一代,降低选 择误差。交叉操作使用单断点交叉法,变异
操作使用允许范围内的随机值, 其中交叉、变异概率根据群体适应度的集中程度自适应的
进行改变;
函数为适应度值,当连续若干代的目标函数值没有 增加时,则认为使得F(s)=Fmax的s 即
为所求最优重频组,算法结束; 当若干代以内的目标函数值有增加现象时,继续进行遗传
算子运算;
过程,图4和图5分别为四相编码自相关函 数旁瓣和互相关函数峰值优化过程。可以看出,
经过若干代优化目标函数 值收敛到最优值。
函数。
探测,否则为探测盲区。图7中白色区域为雷达 可探测区域,黑色部分为探测盲区,盲区范
围较小,占总面积的2%,且 分布零散,不会对目标航迹产生持续性的遮蔽影响。
归一化幅度约为‑17dB~‑20dB之间。
离模糊问题。中重脉冲多普勒正交多相编码波形 设计问题是多组脉冲重复频率和正交多
相码元序列优化选择的过程,可以 看作在解空间内寻找多个变量最优值的问题。如果按照
穷举法在解空间内 搜索脉冲重复频率值和码元序列,计算量非常大,往往得不到可用解,
有 效方法是设计优化目标函数和约束条件,采用智能优化算法计算最优解。
构、材料或者特点包含于本发明的 至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语
的示意性表述不必 针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者
特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不 相互矛盾的情况
下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施 例或示例以及不同实施例或示
例的特征进行结合和组合。
实施例进行变化、修改、替换和变型。