CN110426687A - 双基地雷达射频隐身波形优化设计方法 - Google Patents

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王奕杰
汪飞
李海林
周建江
夏伟杰
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Abstract

本发明公开了一种双基地雷达射频隐身波形优化设计方法，包括以下步骤：S1：获取双基地雷达系统第k个子载波上目标探测信道频率响应Hrad[k]与双基地信道频率响应Hbis[k]；S2：构建表征双基地雷达系统参数估计性能的目标时延估计克拉美‑罗下界表达式；S3：根据预先设定的目标时延估计克拉美‑罗下界阈值δCRLB和第k个子载波上雷达发射功率上限Pmax,k，建立双基地雷达射频隐身波形优化设计模型；S4：对双基地雷达射频隐身波形优化设计模型进行求解。本发明既满足了给定的目标时延估计性能，又有效控制了双基地雷达系统的总发射功率，还有效提升了双基地雷达系统的射频隐身性能。

Description

双基地雷达射频隐身波形优化设计方法
技术领域
本发明涉及雷达波形设计领域，特别是涉及双基地雷达射频隐身波形优化设计方法。
背景技术
双基地雷达系统发射机和接收机分散部署，其发射的雷达信号照射到目标上，由空间分置的接收机接收目标的散射回波并进行检测与处理。由于系统中每部接收机都能接收到目标回波信号，因此，通过对此冗余数据进行组合估计，可以提高双基地雷达系统的目标参数估计性能。
随着先进材料与信号处理技术的飞速发展，各种先进的敌方无源探测系统与无源探测模式对己方雷达系统形成了越来越严峻的现实威胁。射频隐身技术是通过控制己方雷达信号的射频辐射特征，缩短敌方无源探测系统对雷达的有效作用距离，提高雷达及其搭载平台的生存能力，并实施对敌目标探测、跟踪、识别、打击的核心技术。然而，现有技术中尚未有用于双基地雷达系统的射频隐身方法。发明
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种双基地雷达射频隐身波形优化设计方法，能够解决现有技术中存在的“尚未有用于双基地雷达系统的射频隐身方法”的技术问题。
技术方案：本发明所述的双基地雷达射频隐身波形优化设计方法，包括以下步骤：
S1：获取双基地雷达系统第k个子载波上目标探测信道频率响应Hrad[k]与双基地信道频率响应Hbis[k]；
S2：构建表征双基地雷达系统参数估计性能的目标时延估计克拉美-罗下界表达式；
S3：根据预先设定的目标时延估计克拉美-罗下界阈值δCRLB和第k个子载波上雷达发射功率上限Pmax,k，建立双基地雷达射频隐身波形优化设计模型；
S4：对双基地雷达射频隐身波形优化设计模型进行求解。
进一步，所述步骤S1中的双基地雷达系统包括一部单基地雷达和一部异地部署的雷达接收机。
进一步，所述步骤S1中的第k个子载波上目标探测信道频率响应Hrad[k]与双基地信道频率响应Hbis[k]是根据先验知识获取的。
进一步，所述步骤S2中的克拉美-罗下界表达式根据式(1)得到：
CRLBcp(τt)＝Jcp(τt)-1 (1)
式(1)中，τt为从雷达到目标的双程时延；CRLBcp(τt)为双基地雷达关于双程时延τt估计的克拉美-罗下界；Jcp(τt)为双基地雷达关于双程时延τt估计的Fisher信息矩阵，通过式(2)得到；
式(2)中，Nc为正交频分复用雷达发射信号子载波数目，f为相邻子载波频率间隔，为雷达接收机噪声功率，|Hrad[k]|2表示第k个子载波上目标探测信道功率，|S[k]|2表示第k个子载波上雷达发射功率，为信号重构过程中产生残差的功率，|Hbis[k]|2表示第k个子载波上双基地信道功率。
进一步，所述步骤S3中的双基地雷达射频隐身波形优化设计模型通过式(3)得到：
式(3)中，|S[k]|2表示第k个子载波上雷达发射功率，为Nc个子载波集合，Nc为正交频分复用雷达发射信号子载波数目，CRLBcp(τt)为双基地雷达关于双程时延τt估计的克拉美-罗下界，τt为从雷达到目标的双程时延。
进一步，所述步骤S4中，采用线性规划算法对双基地雷达射频隐身波形优化设计模型进行求解。
有益效果：本发明公开了一种双基地雷达射频隐身波形优化设计方法，以满足给定的目标时延估计克拉美-罗下界阈值以及雷达发射资源为约束条件，以最小化双基地雷达总发射功率为优化目标，建立双基地雷达射频隐身波形优化设计模型，自适应优化设计正交频分复用雷达发射波形，从而既满足了给定的目标时延估计性能，又有效控制了双基地雷达系统的总发射功率。并且，本发明通过求解该模型所得正交频分复用雷达发射波形设计结果，可在满足给定的目标时延估计克拉美-罗下界阈值以及雷达发射资源的条件下，有效提升双基地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双基地雷达系统的目标探测模型的示意图；
图2为本发明具体实施方式中目标探测信道的功率；
图3为本发明具体实施方式中双基地信道的功率；
图4为本发明具体实施方式中双基地雷达的最优波形设计结果；
图5为本发明具体实施方式中单基地雷达的最优波形设计结果；
图6为本发明具体实施方式中不同子载波频率间隔下不同方法的雷达总发射功率对比。
具体实施方式
本具体实施方式公开了一种双基地雷达射频隐身波形优化设计方法，包括以下步骤：
S1：根据先验知识获取双基地雷达系统第k个子载波上目标探测信道频率响应Hrad[k]与双基地信道频率响应Hbis[k]；
S2：构建表征双基地雷达系统参数估计性能的目标时延估计克拉美-罗下界表达式；
S3：根据预先设定的目标时延估计克拉美-罗下界阈值δCRLB和第k个子载波上雷达发射功率上限Pmax,k，建立双基地雷达射频隐身波形优化设计模型；
S4：采用线性规划算法对双基地雷达射频隐身波形优化设计模型进行求解。
步骤S1中的双基地雷达系统包括一部单基地雷达和一部异地部署的雷达接收机，如图1所示。
步骤S2中的克拉美-罗下界表达式根据式(1)得到：
CRLBcp(τt)＝Jcp(τt)-1 (1)
式(1)中，τt为从雷达到目标的双程时延；CRLBcp(τt)为双基地雷达关于双程时延τt估计的克拉美-罗下界；Jcp(τt)为双基地雷达关于双程时延τt估计的Fisher信息矩阵。通过式(2)得到；
式(2)中，Nc为正交频分复用雷达发射信号子载波数目，f为相邻子载波频率间隔，为雷达接收机噪声功率，|Hrad[k]|2表示第k个子载波上目标探测信道功率，|S[k]|2表示第k个子载波上雷达发射功率，为信号重构过程中产生残差的功率，|Hbis[k]|2表示第k个子载波上双基地信道功率。
步骤S3中的双基地雷达射频隐身波形优化设计模型通过式(3)得到：
式(3)中，|S[k]|2表示第k个子载波上雷达发射功率，为Nc个子载波集合，Nc为正交频分复用雷达发射信号子载波数目，CRLBcp(τt)为双基地雷达关于双程时延τt估计的克拉美-罗下界，τt为从雷达到目标的双程时延。
各参数设置如表1所示。
表1仿真参数设置
双基地雷达系统工作中心频率为fc＝3GHz。目标探测信道功率如图2所示，双基地信道功率如图3所示，双基地雷达最优波形设计结果如图4所示，单基地雷达最优波形设计结果如图5所示。从图2至图5中可以看出，雷达系统的发射功率配置主要由目标探测信道和双基地信道的频率响应决定，在分配过程中，系统发射功率主要分配给目标探测信道和双基地信道频率响应高的子载波。对比图4和图5可以看出，双基地雷达的总发射功率小于单基地雷达的总发射功率，前者仅为后者的70％。这是由于在双基地雷达系统中，不同的雷达接收机均能够接收并处理经目标散射的回波信号，提升了雷达系统的目标时延估计精度，从而在满足一定目标时延估计克拉美-罗下界阈值的条件下，降低了雷达总发射功率，提高了其射频隐身性能。
不同子载波频率间隔下不同方法的雷达总发射功率对比如图6所示。在一定目标时延估计CRLB阈值的情况下，双基地雷达射频隐身波形可以得到最小的总发射功率，从而获得最好的射频隐身性能。从图中可以看出，双基地雷达射频隐身波形优化所得的雷达射频隐身性能明显优于单基地雷达射频隐身波形所得的雷达射频隐身性能，这是因为对于前者而言，不同的雷达接收机均能够接收并处理经目标散射的回波信号，从而提升了雷达系统的目标时延估计精度，从而在满足一定目标时延估计克拉美-罗下界阈值的条件下，降低雷达系统的总发射功率，提高其射频隐身性能。均匀功率分配雷达波形设计方法是在没有任何关于目标探测信道频率响应和双基地信道频率响应等先验知识的情况下，将雷达发射功率均匀分配在所有子载波上，因此，它具有最差的射频隐身性能。如图6所示，当f＝0.5MHz和f＝0.6MHz时，采用双基地雷达射频隐身波形优化设计方法可将雷达总发射功率分别降为均匀功率分配雷达波形设计方法的43.2％和20.2％，从而进一步验证了射频隐身波形优化设计方法的有效性。另外，还可以看到，随着子载波频率间隔f的增大，雷达在各子载波上分配的功率逐渐减小，从而使得雷达总发射功率降低。
有上述仿真结果可知，双基地雷达射频隐身波形优化设计方法，可在满足给定的目标时延估计克拉美-罗下界阈值以及雷达发射资源的条件下，自适应优化设计正交频分复用雷达发射波形，最小化双基地雷达系统的总发射功率，有效提升了双基地雷达系统的射频隐身性能。

Claims (6)

1.双基地雷达射频隐身波形优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：获取双基地雷达系统第k个子载波上目标探测信道频率响应Hrad[k]与双基地信道频率响应Hbis[k]；
S2：构建表征双基地雷达系统参数估计性能的目标时延估计克拉美-罗下界表达式；
S3：根据预先设定的目标时延估计克拉美-罗下界阈值δCRLB和第k个子载波上雷达发射功率上限Pmax,k，建立双基地雷达射频隐身波形优化设计模型；
S4：对双基地雷达射频隐身波形优化设计模型进行求解。
2.根据权利要求1所述的双基地雷达射频隐身波形优化设计方法，其特征在于：所述步骤S1中的双基地雷达系统包括一部单基地雷达和一部异地部署的雷达接收机。
3.根据权利要求1所述的双基地雷达射频隐身波形优化设计方法，其特征在于：所述步骤S1中的第k个子载波上目标探测信道频率响应Hrad[k]与双基地信道频率响应Hbis[k]是根据先验知识获取的。
4.根据权利要求1所述的双基地雷达射频隐身波形优化设计方法，其特征在于：所述步骤S2中的克拉美-罗下界表达式根据式(1)得到：
CRLBcp(τt)＝Jcp(τt)-1 (1)
式(1)中，τt为从雷达到目标的双程时延；CRLBcp(τt)为双基地雷达关于双程时延τt估计的克拉美-罗下界；Jcp(τt)为双基地雷达关于双程时延τt估计的Fisher信息矩阵，通过式(2)得到；
式(2)中，Nc为正交频分复用雷达发射信号子载波数目，f为相邻子载波频率间隔，为雷达接收机噪声功率，|Hrad[k]|2表示第k个子载波上目标探测信道功率，|S[k]|2表示第k个子载波上雷达发射功率，为信号重构过程中产生残差的功率，|Hbis[k]|2表示第k个子载波上双基地信道功率。
5.根据权利要求1所述的双基地雷达射频隐身波形优化设计方法，其特征在于：所述步骤S3中的双基地雷达射频隐身波形优化设计模型通过式(3)得到：
式(3)中，|S[k]|2表示第k个子载波上雷达发射功率，为Nc个子载波集合，Nc为正交频分复用雷达发射信号子载波数目，CRLBcp(τt)为双基地雷达关于双程时延τt估计的克拉美-罗下界，τt为从雷达到目标的双程时延。
6.根据权利要求1所述的双基地雷达射频隐身波形优化设计方法，其特征在于：所述步骤S4中，采用线性规划算法对双基地雷达射频隐身波形优化设计模型进行求解。
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