一种具有平坦旁瓣分布的互补波形发射顺序设计方法

1.本发明属于雷达声纳目标检测领域，具体涉及一种具有平坦旁瓣分布的互补波形发射顺序设计方法。


背景技术：

2.互补波形作为一种具有高设计自由度的编码波形，可以在匹配滤波后实现理论上距离向无旁瓣，从而极大地提高雷达声纳任务中目标检测的距离分辨率和旁瓣抑制能力。根据发明人之前申请的发明专利zl201710037908.3“一种基于格雷互补波形的多目标检测方法”和zl201811184076.9“一种提高格雷互补波形多普勒分辨率的方法”中的介绍可知，可以通过设计互补波形的发射顺序与匹配滤波权重来改变时延—多普勒图像中的旁瓣分布，从而获得目标多普勒附近更好的旁瓣抑制性能。
3.但是另一方面，上述两项专利中也存在如下可能影响目标检测性能的问题：对于发明专利zl201710037908.3来说，该方法需要事先知道目标的多普勒信息才能使用，否则其效果会大打折扣；且该专利采用了逐点取最小值的非线性处理，有可能在目标存在抖动时将目标信息一并消除。对于发明专利zl201811184076.9来说，该方法尽管没有使用非线性处理且获得了较大的旁瓣抑制区域，但其也显著降低了目标多普勒分辨率，并且该方法也限制了发射脉冲数目必须为偶数。
4.此外，对于上述两个专利来说，还存在一个共性问题，就是这两种方法获得的时延—多普勒图像中最大旁瓣能量过高，而这一问题将直接导致其在目标检测过程中容易被误判为虚假目标，影响目标检测性能。


技术实现要素：

5.为降低目标检测过程中的虚警，同时解决前述两个专利存在的问题，本发明提出一种具有平坦旁瓣分布的互补波形发射顺序设计方法。
6.本发明的技术方案包括以下步骤：
7.第一步，设互补波形发射脉冲数为n，n为正整数，找到大于等于n且与n最接近的2的幂次方数，记为2m，m为正整数；
8.第二步，如果m为奇数，则生成一个2
m+1
×2m+1
的walsh矩阵；否则生成一个2m×2m
的walsh矩阵；
9.第三步，统计第二步生成的walsh矩阵中每一行的符号变化次数(即+1变成-1或-1变成+1的次数)；
10.第四步，将所有行按照符号变化次数升序重新排列组成一个新的矩阵；
11.第五步，将新矩阵从第二行开始，依次拼接到前一行的后面重组为一个向量；
12.第六步，截取第五步获得的重组向量第1至n个值作为互补波形的发射顺序；
13.第七步，利用第六步得到的发射顺序计算得到互补波形的时延—多普勒图像。
14.本发明的有益结果是：本发明所提方法获得的时延—多普勒图像具有比前述两个
专利中方法在相同发射脉冲数目下更平坦的旁瓣(即最大旁瓣能量更小)和更高的多普勒分辨率，无需采用非线性处理，且适用于任意脉冲数目的互补波形(不必限制脉冲数目为偶数)，方便在工程化上实现。
附图说明
15.图1是本发明的实现流程图；
16.图2是利用三种方法进行仿真试验得到的时延—多普勒图像比较结果：
17.(a)是利用专利zl201710037908.3方法得到的时延—多普勒图像；
18.(b)是利用专利zl201811184076.9方法得到的时延—多普勒图像；
19.(c)是利用本发明方法得到的时延—多普勒图像；
20.图3是图2在时延等于0处的目标主瓣截面比较结果。
具体实施方式
21.图1是本发明的实现流程图。具体实施方式包括以下步骤：
22.第一步，设互补波形发射脉冲数为n，n为正整数，找到大于等于n且与n最接近的2的幂次方数，记为2m，m为正整数；
23.第二步，如果m为奇数，则生成一个2
m+1
×2m+1
的walsh矩阵；否则生成一个2m×2m
的walsh矩阵；
24.walsh矩阵是一种特殊的二进制列正交矩阵，它可以由一个2
m-1
阶的walsh矩阵进行如下迭代来生成：
[0025][0026]
其中
[0027]
将迭代后的walsh矩阵中的所有-1值替换为0，那么矩阵中的每一行(或者每一列，因为该矩阵是一个对称矩阵)均可以表示一组格雷互补波形的发射顺序。
[0028]
第三步，统计第二步生成的walsh矩阵中每一行的符号变化次数(即+1变成-1或-1变成+1的次数)；
[0029]
设walsh矩阵维度为p
×
p，那么可以将每一行的符号变化次数记为0到p-1中的某一个值，且每一行的符号变化次数不会相同。
[0030]
第四步，将所有行按照符号变化次数升序重新排列组成一个新的矩阵；
[0031]
将符号变化次数为0的行放在新矩阵的第一行，变化次数为1的行放在新矩阵的第二行，
……
，将变化次数为p-1的行放在新矩阵的最后一行。
[0032]
第五步，将新矩阵从第二行开始，依次拼接到前一行的后面重组为一个向量；
[0033]
第六步，截取第五步获得的重组向量第1至n个值作为互补波形的发射顺序。
[0034]
第七步，利用第六步得到的发射顺序计算得到互补波形的时延—多普勒图像。
[0035]
图2是利用三种方法进行仿真试验得到的时延—多普勒图像比较结果。图2中所有子图中横坐标表示多普勒，单位为“弧度(rad)”，纵坐标表示时延，单位为“秒(s)”，色条颜
色表示图中像素点的能量，单位为“db”。互补波形发射脉冲数目均为n＝64。图3中横坐标表示多普勒，单位为“弧度(rad)”，纵坐标表示归一化幅度，单位为“db”。图2(a)表示专利zl201710037908.3所提方法得到的时延—多普勒图像，图2(b)表示专利zl201811184076.9所提方法得到的时延—多普勒图像，图2(c)表示本发明方法得到的时延—多普勒图像。可以发现，本发明所提方法的旁瓣分布比前述两个专利的旁瓣分布更加平坦：图2(a)的最大旁瓣能量约为-23.54db，图2(b)的最大旁瓣能量约为-13.84db，图2(c)的最大旁瓣能量约为-28.93db，说明本发明所提方法比专利zl201710037908.3所提方法和专利zl201811184076.9所提方法最大旁瓣能量分别低5.39db和15.09db；并且在相同发射脉冲数目的情况下具有更高的目标多普勒分辨率。
[0036]
图3是图2在时延等于0处的目标主瓣截面比较结果。进一步通过图3可以看出，本发明所提方法的多普勒分辨率约为0.10rad，而专利zl201710037908.3所提方法和专利zl201811184076.9所提方法多普勒分辨率分别为0.20rad和0.62rad，分别比本发明所提方法低1倍和6倍。


技术特征：
1.一种具有平坦旁瓣分布的互补波形发射顺序设计方法，其特征在于，该方法分为以下步骤：第一步，设互补波形发射脉冲数为n，n为正整数，找到大于等于n且与n最接近的2的幂次方数，记为2
m
，m为正整数；第二步，如果m为奇数，则生成一个2
m+1
×2m+1
的walsh矩阵；否则生成一个2
m
×2m
的walsh矩阵；第三步，统计第二步生成的walsh矩阵中每一行的符号变化次数；第四步，将所有行按照符号变化次数升序重新排列组成一个新的矩阵；第五步，将新矩阵从第二行开始，依次拼接到前一行的后面重组为一个向量；第六步，截取第五步获得的重组向量第1至n个值作为互补波形的发射顺序；第七步，利用第六步得到的发射顺序计算得到互补波形的时延—多普勒图像。

技术总结
本发明属于雷达声纳目标检测领域，具体涉及一种具有平坦旁瓣分布的互补波形发射顺序设计方法；该方法设计了一种新的互补波形发射顺序方案，它通过统计Walsh矩阵每行符号变化次数并按照升序排列将Walsh矩阵重组变换为一个新向量，然后将向量截取至与发射脉冲数目等长，再根据截取后的向量作为互补波形发射顺序方案获得旁瓣平坦化的时延—多普勒图像；本发明的有益结果是：1.本发明所提方法具有比现有方法更平坦的旁瓣分布，从而减小了较强旁瓣可能引起的虚警；2.本发明所提方法具有比现有方法更高的多普勒分辨率；3.本发明方法无需采用非线性处理，适用于任意脉冲数目的互补波形，且原理简单，方便在工程化上实现。方便在工程化上实现。方便在工程化上实现。


技术研发人员：朱家华 郭微 马燕新 彭承彦 张卫华 吴艳群 张兵兵 周泽民
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/21