CN109669165B - 基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法 - Google Patents

基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法，包括以下步骤：S1：采用目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息作为多基雷达的目标参数估计性能指标；S2：采用截获接收机截获波形和背景噪声之间的KL距离作为截获接收机的截获性能指标；S3：根据给定的表征目标参数估计性能的互信息门限Ith，建立基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化模型；S4：基于多基雷达发射机与波形联合选择优化模型完成发射机与波形自适应联合选择优化过程。本发明提升了多基雷达系统的射频隐身性能。

Description

基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法
技术领域
本发明涉及雷达发射机与波形联合选择领域，特别是涉及基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法。
背景技术
多基雷达系统是探测非合作军用目标的新型体系级的基础性预警装备，也是目前预警探测系统中基于体系模式进行对抗的典型装备，它将指定区域内的一部雷达发射机与多部雷达接收机以组网探测的模式进行资源整合，实现对敌方目标的最佳探测，获得组网区域内的最优情报态势。
在对目标进行参数估计的过程中，多基雷达的发射机选择与发射波形选择不仅可以利用系统的空间分集与波形分集优势，有效提升目标的参数估计性能，也可以降低敌方截获接收机的截获性能，从而为改善多基雷达的射频隐身性能提供一个行之有效的技术途径。
然而，现有技术中尚未有基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法，能够提升多基雷达的射频隐身性能。
技术方案：本发明所述的基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法，包括以下步骤：
S1：采用目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息作为多基雷达的目标参数估计性能指标；
S2：采用截获接收机截获波形和背景噪声之间的KL距离作为截获接收机的截获性能指标；
S3：根据给定的表征目标参数估计性能的互信息门限Ith，建立基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化模型；
S4：基于多基雷达发射机与波形联合选择优化模型完成发射机与波形自适应联合选择优化过程。
进一步，所述目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息为I(X；Y|Si)，其中，X为目标散射波形，Y为多基雷达接收波形，Si为多基雷达中第i部发射机L×1的发射信号矢量；I(X；Y|Si)根据式(1)得到：
Figure GDA0003989967170000021
式(1)中，MR为多基雷达中雷达接收机的数目；ui∈{0,1}为雷达发射机选择二元变量，当ui＝1时表示选择第i部发射机发射雷达波形进行目标参数估计，ui＝0时表示不选择第i部发射机发射雷达波形进行目标参数估计；Ti表示多基雷达中第i部发射机的发射波形持续时间；W表示发射波形带宽；Gt,i表示多基雷达中第i部发射机的发射天线增益；Gr,j表示多基雷达中第j部接收机的接收天线增益；λ为雷达信号波长；L1表示发射路径损耗，是一个常数；L2表示接收路径损耗，是一个常数；
Figure GDA0003989967170000022
表示多基雷达中第i部发射机的发射波形的功率谱密度；
Figure GDA0003989967170000023
表示目标相对于多基雷达中第i部发射机的频率响应；Ri表示目标与多基雷达中第i部发射机之间的距离；Rj表示目标与多基雷达中第j部接收机之间的距离；PN(f)表示背景噪声复矢量N的单边功率谱密度，其中，N服从零均值高斯分布；f表示频率点。
进一步，所述截获接收机截获波形和背景噪声之间的KL距离为D(Z；N|Si)，其中，Z为截获接收机的接收信号，N为背景噪声复矢量，Si为多基雷达中第i部发射机L×1的发射信号矢量；D(Z；N|Si)根据式(2)得到：
Figure GDA0003989967170000024
式(2)中，ui∈{0,1}为雷达发射机选择二元变量，当ui＝1时表示选择第i部发射机发射雷达波形进行目标参数估计，ui＝0时表示不选择第i部发射机发射雷达波形进行目标参数估计；Ti表示多基雷达中第i部发射机的发射波形持续时间；W表示发射波形带宽；Gt,i表示多基雷达中第i部发射机的发射天线增益；GI表示截获接收机的接收天线增益；λ为雷达信号波长；L1表示发射路径损耗，是一个常数；
Figure GDA0003989967170000031
表示多基雷达中第i部发射机的发射波形的功率谱密度；Ri表示目标与多基雷达中第i部发射机之间的距离；PN(f)表示背景噪声复矢量N的单边功率谱密度，其中，N服从零均值高斯分布；f表示频率点。
进一步，所述多基雷达发射机与波形联合选择优化模型根据式(3)得到：
Figure GDA0003989967170000032
式(3)中，
Figure GDA0003989967170000033
为ui的优化解，Ω*为Ω的优化解，Ω表示多基雷达发射波形参数，Θ表示待选的雷达发射波形集合，X为目标散射波形，Y为多基雷达接收波形，I(X；Y|Si)为目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息，Ith为给定的表征目标参数估计性能的互信息门限。
进一步，所述步骤S4的具体过程为：计算所有发射机、所有波形对应的目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息I(X；Y|Si)，选择大于等于约束条件中所给定门限Ith的互信息所对应的发射机与波形，再从这些发射机和波形中选择使截获接收机截获性能指标KL距离最小的发射机
Figure GDA0003989967170000034
与波形Ω*作为下一时刻多基雷达的发射机与发射波形，从而完成整个发射机与波形自适应联合选择优化过程。
有益效果：本发明公开了一种基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法，以最小化截获接收机的截获性能指标KL距离为优化目标，以满足多基雷达目标参数估计性能互信息为约束条件，建立基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化模型，既保证了给定的多基雷达目标参数估计性能，而且降低了敌方截获接收机对多基雷达发射信号的截获概率，提升了多基雷达系统的射频隐身性能。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中方法的流程图。
具体实施方式
本具体实施方式公开了一种基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：采用目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息作为多基雷达的目标参数估计性能指标；
S2：采用截获接收机截获波形和背景噪声之间的KL距离作为截获接收机的截获性能指标；
S3：根据给定的表征目标参数估计性能的互信息门限Ith，建立基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化模型；
S4：基于多基雷达发射机与波形联合选择优化模型完成发射机与波形自适应联合选择优化过程。
目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息为I(X；Y|Si)，其中，X为目标散射波形，Y为多基雷达接收波形，Si为多基雷达中第i部发射机L×1的发射信号矢量；I(X；Y|Si)根据式(1)得到：
Figure GDA0003989967170000041
式(1)中，MR为多基雷达中雷达接收机的数目；ui∈{0,1}为雷达发射机选择二元变量，当ui＝1时表示选择第i部发射机发射雷达波形进行目标参数估计，ui＝0时表示不选择第i部发射机发射雷达波形进行目标参数估计；Ti表示多基雷达中第i部发射机的发射波形持续时间；W表示发射波形带宽；Gt,i表示多基雷达中第i部发射机的发射天线增益；Gr,j表示多基雷达中第j部接收机的接收天线增益；λ为雷达信号波长；L1表示发射路径损耗，是一个常数；L2表示接收路径损耗，是一个常数；
Figure GDA0003989967170000042
表示多基雷达中第i部发射机的发射波形的功率谱密度；
Figure GDA0003989967170000051
表示目标相对于多基雷达中第i部发射机的频率响应；Ri表示目标与多基雷达中第i部发射机之间的距离；Rj表示目标与多基雷达中第j部接收机之间的距离；PN(f)表示背景噪声复矢量N的单边功率谱密度，其中，N服从零均值高斯分布；f表示频率点。
截获接收机截获波形和背景噪声之间的KL距离为D(Z；N|Si)，其中，Z为截获接收机的接收信号，N为背景噪声复矢量，Si为多基雷达中第i部发射机L×1的发射信号矢量；D(Z；N|Si)根据式(2)得到：
Figure GDA0003989967170000052
式(2)中，ui∈{0,1}为雷达发射机选择二元变量，当ui＝1时表示选择第i部发射机发射雷达波形进行目标参数估计，ui＝0时表示不选择第i部发射机发射雷达波形进行目标参数估计；Ti表示多基雷达中第i部发射机的发射波形持续时间；W表示发射波形带宽；Gt,i表示多基雷达中第i部发射机的发射天线增益；GI表示截获接收机的接收天线增益；λ为雷达信号波长；L1表示发射路径损耗，是一个常数；Si(f)表示多基雷达中第i部发射机的发射波形的功率谱密度；Ri表示目标与多基雷达中第i部发射机之间的距离；PN(f)表示背景噪声复矢量N的单边功率谱密度，其中，N服从零均值高斯分布；f表示频率点。
多基雷达发射机与波形联合选择优化模型根据式(3)得到：
Figure GDA0003989967170000053
式(3)中，
Figure GDA0003989967170000054
为ui的优化解，Ω*为Ω的优化解，Ω表示多基雷达发射波形参数，Θ表示待选的雷达发射波形集合，X为目标散射波形，Y为多基雷达接收波形，I(X；Y|Si)为目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息，Ith为给定的表征目标参数估计性能的互信息门限。
步骤S4的具体过程为：计算所有发射机、所有波形对应的目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息I(X；Y|Si)，选择大于等于约束条件中所给定门限Ith的互信息所对应的发射机与波形，再从这些发射机和波形中选择使截获接收机截获性能指标KL距离最小的发射机
Figure GDA0003989967170000061
与波形Ω*作为下一时刻多基雷达的发射机与发射波形，从而完成整个发射机与波形自适应联合选择优化过程。

Claims (3)

1.基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：采用目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息作为多基雷达的目标参数估计性能指标；
S2：采用截获接收机截获波形和背景噪声之间的KL距离作为截获接收机的截获性能指标；
S3：根据给定的表征目标参数估计性能的互信息门限Ith，建立基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化模型；
所述多基雷达发射机与波形联合选择优化模型根据式(3)得到：
Figure FDA0003989967160000011
式(3)中，
Figure FDA0003989967160000012
为ui的优化解，ui为雷达发射机选择二元变量，当ui＝1时表示选择第i部发射机发射雷达波形进行目标参数估计，ui＝0时表示不选择第i部发射机发射雷达波形进行目标参数估计；Ω*为Ω的优化解，Ω表示多基雷达发射波形参数，Θ表示待选的雷达发射波形集合；D(Z；N|Si)为截获接收机截获波形和背景噪声之间的KL距离，Z为截获接收机的接收信号，N为背景噪声复矢量，Si为多基雷达中第i部发射机L×1的发射信号矢量；X为目标散射波形，Y为多基雷达接收波形，I(X；Y|Si)为目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息，Ith为给定的表征目标参数估计性能的互信息门限；
S4：基于多基雷达发射机与波形联合选择优化模型完成发射机与波形自适应联合选择优化过程；具体过程为：
计算所有发射机、所有波形对应的目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息I(X；Y|Si)，选择大于等于约束条件中所给定门限Ith的互信息所对应的发射机与波形，再从这些发射机和波形中选择使截获接收机截获性能指标KL距离最小的发射机
Figure FDA0003989967160000013
与波形Ω*作为下一时刻多基雷达的发射机与发射波形，从而完成整个发射机与波形自适应联合选择优化过程。
2.根据权利要求1所述的基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法，其特征在于：所述目标散射回波与多基雷达接收波形之间的互信息I(X；Y|Si)根据式(1)得到：
Figure FDA0003989967160000021
式(1)中，MR为多基雷达中雷达接收机的数目；Ti表示多基雷达中第i部发射机的发射波形持续时间；W表示发射波形带宽；Gt,i表示多基雷达中第i部发射机的发射天线增益；Gr,j表示多基雷达中第j部接收机的接收天线增益；λ为雷达信号波长；L1表示发射路径损耗，是一个常数；L2表示接收路径损耗，是一个常数；
Figure FDA0003989967160000022
表示多基雷达中第i部发射机的发射波形的功率谱密度；
Figure FDA0003989967160000023
表示目标相对于多基雷达中第i部发射机的频率响应；Ri表示目标与多基雷达中第i部发射机之间的距离；Rj表示目标与多基雷达中第j部接收机之间的距离；PN(f)表示背景噪声复矢量N的单边功率谱密度，其中，N服从零均值高斯分布；f表示频率点。
3.根据权利要求1所述的基于射频隐身的多基雷达发射机与波形联合选择优化方法，其特征在于：所述截获接收机截获波形和背景噪声之间的KL距离D(Z；N|Si)根据式(2)得到：
Figure FDA0003989967160000024
式(2)中，Ti表示多基雷达中第i部发射机的发射波形持续时间；W表示发射波形带宽；Gt,i表示多基雷达中第i部发射机的发射天线增益；GI表示截获接收机的接收天线增益；λ为雷达信号波长；L1表示发射路径损耗，是一个常数；
Figure FDA0003989967160000025
表示多基雷达中第i部发射机的发射波形的功率谱密度；Ri表示目标与多基雷达中第i部发射机之间的距离；PN(f)表示背景噪声复矢量N的单边功率谱密度，其中，N服从零均值高斯分布；f表示频率点。
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