一种正交相位编码信号的设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达通信技术领域，尤其涉及一种正交相位编码信号的设计方法。
【背景技术】
[0002] 现代雷达要求在复杂的电磁环境中仍有比较好的目标检测、识别和跟踪能 力。例如，Mnro雷达可以根据系统要求灵活布置发射天线和接收天线，能从多个角度探 测目标且目标回波具有独立性，能提高雷达对目标的检测、辨识性能（见文献：Fishier E j Haimovich A，Blum R S，et al. Spatial diversity in radar models and detection performance[J]. IEEE Transactions on Signal Processing，2006,54(3):823-838.) 〇
[0003] 分布式阵列相参合成雷达可以完成收发相参合成获得N3的最大系统增益 (N为单元雷达数），其具有威力大，探测精度高与部署机动灵活等技术优势（见文 南犬：Gao H ff, Cao Z, Lu Y B.Basic study and principle validate of distributed aperture coherence-synthetic radar [C] // Proc. of the 12th Chinese Radar Conference, 2012:129-134.)。
[0004] 这些雷达为了保证发射信号互不干扰并从回波中得到独立的目标信息，都需要发 射正交波形。可见，正交波形的设计是现代雷达的关键技术之一。
[0005] 正交波形常用相位编码的方式来实现，传统设计方式大多基于信号自相关旁瓣 和互相关的平均能量或峰值的整体最优化设计思想，并多用模拟退火算法或遗传算法等 现代智能算法进行优化搜索，得到比较理想的正交信号（见文献：Deng H. Synthesis of Binary Sequences with Good Autocorrelation and Crosscorrelation Properties by Simulated Annealing[J]. IEEE Transactions on Aerospace and electronic systems, 1996, 32 (I) : 98-107. Liu B, He Z1Zeng J, et al. Polyphase orthogonal code design for MIMO radar systems[C] // IEEE International Conference on radar, CIE' 06, Shanghai : IEEE, 2006:1-4.)。当码长较长或信号路数较多时，上述文献中的优化算 法计算复杂度很大，极大地制约了雷达发射信号的设计效率和性能。
【发明内容】
[0006] 针对上述技术的缺点，本发明的目的在于提供一种正交相位编码信号的设计方 法，能够提高正交相位编码信号的设计效率，得到一种具有较低自相关性能的正交相位编 码?目号。
[0007] 本发明实现的技术思路为：提出码元预测模型，先通过该模型得到具有低自相关 性的序列集，再从低自相关性的序列集中选取具有最低平均互相关峰值的序列，这样得到 的正交相位编码信号具有较低自相关性能。
[0008] 为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
[0009] -种正交相位编码信号的设计方法，所述方法包括如下步骤：
[0010] 步骤1，产生M个相位编码信号，M个相位编码信号具有相同的码长Ν，且每个相位 编码信号具有自相关性，其中，M和N为自然数；
[0011] 步骤2,分别计算所述M个相位编码信号的归一化自相关旁瓣峰值，将所述M个相 位编码信号根据其对应的归一化自相关旁瓣峰值按从小到大的顺序进行排序，得到排序后 的M个相位编码信号；
[0012] 步骤3,从所述排序后的M个相位编码信号中选取前P个相位编码信号，计算所述 前P个相位编码信号中任意两个相位编码信号的归一化互相关峰值，其中，P为自然数，且 P<M ；
[0013] 步骤4,根据所述前P个相位编码信号中任意两个相位编码信号的归一化互相关 峰值，从所述前P个相位编码信号中选取L个具有较低归一化互相关峰值的相位编码信号， 所述L个具有较低归一化互相关峰值的相位编码信号即为设计出的正交相位编码信号，其 中，L为自然数，且L〈P。
[0014] 本发明的特点和进一步的改进为：
[0015] (1)步骤1具体包括如下子步骤：
[0016] (Ia)给定一个初始序列长度为k。的相位编码信号&
[0017] 其中，X1, x2，…，
、，其中，D = 2, 3,4...，
I构成集合Φ，D为相位编码信号的相位个数，初始序列长度k。的 取值满足：Ν>1^>1ο&Μ ;
[0018] (Ib)以初始相位编码信号&为初始序列，连续预测N-k。次，得到码长为N的相位 编码信-
[0019] (Ic)重复执行子步骤（Ia)至（Ib)M次，得到M个具有自相关性的相位编码信号， 构成信号集。
[0020] 更进一步的，在所述子步骤（Ia)中，
[0021] 初始序列长度k。= int(min(21ogDM，N/2))，int( ·)表示四舍五入取整运算。
[0022] 所述子步骤（Ib)具体包括如下子步骤：
[0023] 令Xi = Yv k = k。，采用数学模§
，用当前序列Xk预测X k+1，构 建新序列Xk+1= [xk，xk+1]，使得新序列Xk+1的归一化自相关峰值相对于当前序列X k呈下降 趋势，其中，f为代价函数。
[0024] 所述数学模型
^中的代价函数f具体为以下四种代价函数中的 任意一种代价函数：
[0025；
[0029] 代价函数①、②、③、④中^和的第i个元素的计算式分别为：
[0030]
[0031]
[0032] 即\是Xk的单边自相关序列，长度为k-Ι，化+1是Xk+1的单边自相关序列，长度为 k〇
[0033] (2)步骤4具体包括如下子步骤：
[0034] (4a)将所述前P个相位编码信号中任意两个相位编码信号的归一化互相关峰值 按顺序构成互相关对称矩阵C，所述互相关对称矩阵C的维数为PXP ;
[0035] (4b)将所述互相关对称矩阵C中的每行元素分别按从小到大的顺序排序，得到排 序后的矩阵C'，将排序后的矩阵C'中每一个元素对应于互相关矩阵C中的索引进行记 录，得到索引矩阵I，索引矩阵I中每行前L个元素对应L个相位编码信号，对所述L个相位 编码信号中任意两个相位编码信号的归一化互相关峰值求和得到P个和值E，其中，所述索 引矩阵I的维数为PXP ;
[0036] (4c)选取所述P个和值E中最小和值对应的L个相位编码信号作为最终设计的正 交相位编码信号。
[0037] 本发明与传统正交相位编码信号的设计方法相比具有以下优点：
[0038] (1)相对于现有算法的代价函数大多基于信号自相关旁瓣和互相关的平均能量或 峰值的整体最优化设计思想，本发明提出码元预测模型，不从整体最优加以考虑，每次做好 当前最好的选择，进行定向预测得到具有低NASP的信号集，大大减小了计算复杂度，提高 了设计效率；
[0039] (2)本发明定向预测得到具有低NASP的信号集，并在该序列集进一步搜索具有最 低NASP的信号，使得设计的正交相位编码信号具有更低的自相关性能。
【附图说明】
[0040] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0041] 图1是本发明实施例提供的正交相位编码信号的设计方法流程示意图；
[0042] 图2是本发明实施例提供的总体实现流程示意图；
[0043] 图3是本发明使用代价函数4 f2, f3, f4分别设计的1000个低自相关相位编码信 号中最小NASP随码长的变化曲线；
[0044] 图4是本发明设计的3个码长为400的四相编码信号的归一化自相关曲线和互相 关曲线；
[0045] 图5是用本发明和混合遗传算法分别设计的3个正交四相编码信号的平均NASP 和平均NCP随码长的变化关系曲线。
【具体实施方式】
[0046] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、