CN108089159B - 一种mimo雷达旁瓣抑制方法 - Google Patents

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Abstract

一种MIMO雷达旁瓣抑制方法，根据N路发射信号的合成倒数谱和N个正交的子带窗解算得到N个正交的滤波器，依次对回波信号进行正交滤波、降采样和正交混频，完成对N2路接收信号的通道分离，对通道分离后的N2路接收信号做加权累加，完成发射接收联合波束形成，得到低旁瓣目标信号。本发明满足了雷达系统的实时、低旁瓣的需求，有利于提高雷达系统的检测性能，为MIMO雷达的研制提供了有效的途径。

Description

一种MIMO雷达旁瓣抑制方法
技术领域
本发明涉及弹载雷达领域，尤其涉及一种MIMO雷达旁瓣抑制方法。
背景技术
MIMO雷达是近几年发展起来的一种新体制雷达，相比于传统相控阵雷达具有分辨率、目标检测性能、目标参数估计性能等方面的优势。MIMO雷达往往采用脉冲压缩体制。脉冲压缩后的输出信号存在不希望的距离旁瓣，过高的旁瓣容易使强散射点掩盖弱散射点，因此需要抑制距离旁瓣，提高系统检测目标的动态范围。对于使用频分线性调频信号的MIMO雷达，由于雷达回波信号是多个正交回波信号的叠加，正交信号间的相互影响使得旁瓣问题变得更加复杂，旁瓣抑制也更为困难。
常用的MIMO雷达旁瓣抑制方法有：一，匹配滤波加窗法；二，子带倒数谱滤波法；三，综合信号频谱修正处理法。
匹配滤波加窗法能很好地抑制大时带积信号旁瓣，但代价是信噪比损失和分辨力降低，且对小时带积信号加窗的效果不好。子带倒数谱滤波法针对子带信号进行谱修正，不能有效地消除正交回波信号间的相互影响，减小输出信号的带内纹波。综合信号频谱修正处理法对合成信号做谱修正，取代了常规处理中的匹配滤波和等效发射波束形成两个环节，对合成带宽谱修正消除了正交回波信号间的相互影响，减小了输出信号的带内纹波，但该方法的输出信号带宽为合成带宽，后续无法降采样，增加了系统的复杂度，同时存在三类距离模糊旁瓣及多普勒敏感问题。
发明内容
本发明提供一种MIMO雷达旁瓣抑制方法，满足了雷达系统的实时、低旁瓣的需求，有利于提高雷达系统的检测性能，为MIMO雷达的研制提供了有效的途径。
为了达到上述目的，本发明提供一种MIMO雷达旁瓣抑制方法，包含以下步骤：
步骤S1、根据N路发射信号的合成倒数谱和N个正交的子带窗解算得到N个正交的滤波器；
步骤S2、依次对N路回波信号进行通道分离，得到N2路信号；
步骤S3、对通道分离后的N2路接收信号做加权累加，完成发射接收联合波束形成，得到低旁瓣目标信号。
所述的发射信号的合成倒数谱的解算方法包含：
对N路正交发射信号做叠加；
对叠加后的信号做快速傅里叶变换得到合成信号频谱；
对合成信号频谱取共轭后取倒数得到倒数谱。
所述的子带窗为频域窗，子带窗的中心频率及带宽与子带发射信号频谱相同。
所述的子带窗为汉明窗，或切比雪夫窗，或汉宁窗。
所述的正交的滤波器的解算方法包含：将倒数谱分别点乘N个正交的子带窗，得到N个正交的滤波器。
所述的步骤S2中，对各路接收信号的通道分离具体包含以下步骤：
步骤S2.1、利用N个正交的滤波器对每一路接收信号都做N次滤波，N路回波信号经过滤波得到N2路回波信号；
步骤S2.2、对每一路回波信号进行降采样；
步骤S2.3、利用混频器对每一路降采样后的信号做正交混频。
所述的步骤S3中，利用加权系数对N2路接收信号进行乘累加，完成发射接收联合波束形成。
所述的加权系数为常规波束形成系数，或者为自适应波束形成系数。
本发明具有以下有益效果：
一则利用了发射合成信号的倒数谱，避免了子带间的波动；二则正交滤波输出信号频移叠加后频域是窗函数的形状，有效地抑制距离旁瓣；三则正交滤波后允许降采样处理，有效降低系统的复杂度和运算量；四则正交滤波和正交频移后输出信号为一个子带信号，不存在子带间信号相互影响的问题，因此不存在三类距离模糊旁瓣。
附图说明
图1是本发明提供的一种MIMO雷达旁瓣抑制方法的流程示意图。
图2是倒数谱解算流程示意图。
图3是正交子带窗示意图。
图4是正交滤波器形成示意图。
具体实施方式
以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种MIMO雷达旁瓣抑制方法，包含以下步骤：
步骤S1、根据N路发射信号的合成倒数谱和N个正交的子带窗解算得到N个正交的滤波器；
步骤S2、依次对N路回波信号进行通道分离，通道分离包含三步：正交滤波、降采样和正交混频，N路回波信号经过通道分离得到N2路信号；
步骤S3、对通道分离后的N2路接收信号做加权累加，完成发射接收联合波束形成，得到低旁瓣目标信号。
如图2所示，所述的发射信号的合成倒数谱的解算方法包含：
对N路正交发射信号做叠加；
对叠加后的信号做FFT(快速傅里叶变换)得到合成信号频谱；
对合成信号频谱取共轭后取倒数得到倒数谱。
将滤波器的频率响应设计为发射合成信号的倒数谱，减小输出信号的带内纹波，以保证倒数谱滤波后输出信号的频谱为矩形。
对于N路发射信号，存在N个子带窗；所述的子带窗为频域窗，子带窗的中心频率及带宽与子带发射信号频谱相同。在本实施例中，所述的子带窗类型可以为汉明窗、切比雪夫窗、汉宁窗等。
如图3所示，给出N等于4时的正交子带窗示意图。采用正交子带窗，分离出N路发射信号回波。在倒数谱滤波输出信号的矩形谱上加窗，使得输出信号的频谱为窗函数的形状，对应的时域信号就具有低旁瓣的特性，与此同时，避免了合成窗带来的三类旁瓣、多普勒敏感、无法降采样以及自由度减少等问题。
如图4所示，所述的正交的滤波器的解算方法包含：
将倒数谱分别点乘N个正交的子带窗，得到N个正交的滤波器。
如图1所示，MIMO雷达发射的是N路正交的信号，每个接收通道接收的是N路正交回波信号之和。由于发射信号的正交性，需设置N个正交的滤波器，将叠加在一起的发射信号分离出来。每一路接收信号都可以分离出N个正交信号，N个接收信号一共可以分离出N2路信号。
进一步地，所述的步骤S2中，对各路接收信号的通道分离具体包含以下步骤：
步骤S2.1、利用N个正交的滤波器对每一路接收信号都做N次滤波，N路回波信号经过滤波得到N2路回波信号；
步骤S2.2、对每一路回波信号进行降采样；
步骤S2.3、利用混频器对每一路降采样后的信号做正交混频。
正交滤波后已分离出各发射信号对应回波，因此可进行降采样处理，以减小系统复杂度。正交滤波后的输出信号在不同的频点之上，是相互正交的，需要将这些正交信号做正交混频，使其频移到相同的频段，才能完成后续相参叠加。混频器间的频差为子带发射信号的频差。
所述的步骤S3中，利用加权系数对N2路接收信号进行乘累加，完成发射接收联合波束形成；
所述的加权系数可以为常规波束形成系数，也可以为自适应波束形成系数。
本发明具有以下有益效果：
一则利用了发射合成信号的倒数谱，避免了子带间的波动；二则正交滤波输出信号频移叠加后频域是窗函数的形状，有效地抑制距离旁瓣；三则正交滤波后允许降采样处理，有效降低系统的复杂度和运算量；四则正交滤波和正交频移后输出信号为一个子带信号，不存在子带间信号相互影响的问题，因此不存在三类距离模糊旁瓣。
本发明满足了雷达系统的实时、低旁瓣的需求，有利于提高雷达系统的检测性能，为MIMO雷达的研制提供了有效的途径。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种MIMO雷达旁瓣抑制方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、根据N路发射信号的合成倒数谱和N个正交的子带窗解算得到N个正交的滤波器；
步骤S2、依次对N路回波信号进行通道分离，得到N2路信号；
步骤S3、对通道分离后的N2路接收信号做加权累加，完成发射接收联合波束形成，得到低旁瓣目标信号；
所述的发射信号的合成倒数谱的解算方法包含：
对N路正交发射信号做叠加；
对叠加后的信号做快速傅里叶变换得到合成信号频谱；
对合成信号频谱取共轭后取倒数得到倒数谱；
所述的正交的滤波器的解算方法包含：将倒数谱分别点乘N个正交的子带窗，得到N个正交的滤波器；
所述的步骤S2中，对各路接收信号的通道分离具体包含以下步骤：
步骤S2.1、利用N个正交的滤波器对每一路接收信号都做N次滤波，N路回波信号经过滤波得到N2路回波信号；
步骤S2.2、对每一路回波信号进行降采样；
步骤S2.3、利用混频器对每一路降采样后的信号做正交混频。
2.如权利要求1所述的MIMO雷达旁瓣抑制方法，其特征在于，所述的子带窗为频域窗，子带窗的中心频率及带宽与子带发射信号频谱相同。
3.如权利要求2所述的MIMO雷达旁瓣抑制方法，其特征在于，所述的子带窗为汉明窗，或切比雪夫窗，或汉宁窗。
4.如权利要求1所述的MIMO雷达旁瓣抑制方法，其特征在于，所述的步骤S3中，利用加权系数对N2路接收信号进行乘累加，完成发射接收联合波束形成。
5.如权利要求4所述的MIMO雷达旁瓣抑制方法，其特征在于，所述的加权系数为常规波束形成系数，或者为自适应波束形成系数。
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