一种生成正交波形的方法及雷达系统
阅读说明：本技术 一种生成正交波形的方法及雷达系统 (Method for generating orthogonal waveform and radar system ) 是由 练小庆 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种生成正交波形的方法及雷达系统,涉及MIMO雷达技术领域,码长长度不受限制而且易于产生。本发明包括：控制台(1)根据所需码长l产生16组正交波形基带数据并发送至FPGA(2),并存储在FPGA(2)上；FPGA(2)用16组正交波形基带数据对数字载波信号进行调制,得到数字调制信号；将所得到的数字调制信号,分别发送至16组D/A转换器(3),每个D/A转换器(3)将接收到的数字调制信号转换成模拟调制信号；16组模拟调制信号再经各自的变频处理模块(4)处理后,得到对应的射频信号,并将所得到的射频信号输入滤波放大器(5)进行滤波放大,之后各个滤波放大器(5)通过各自所连接的天线(6)发射。本发明适用于MIMO雷达。(The embodiment of the invention discloses a method for generating orthogonal waveforms and a radar system, which relate to the technical field of MIMO radar, and have the advantages of unlimited code length and easiness in generation. The invention comprises the following steps: the console (1) generates 16 groups of orthogonal waveform baseband data according to the required code length l, sends the orthogonal waveform baseband data to the FPGA (2) and stores the orthogonal waveform baseband data on the FPGA (2); the FPGA (2) modulates the digital carrier signal by 16 groups of orthogonal waveform baseband data to obtain a digital modulation signal; sending the obtained digital modulation signals to 16 sets of D/A converters (3), wherein each D/A converter (3) converts the received digital modulation signals into analog modulation signals; the 16 groups of analog modulation signals are processed by respective frequency conversion processing modules (4) to obtain corresponding radio frequency signals, the obtained radio frequency signals are input into a filter amplifier (5) for filtering and amplification, and then the filter amplifiers (5) transmit through respective connected antennas (6). The invention is suitable for MIMO radar.)
技术领域
本发明涉及MIMO雷达技术领域，尤其涉及一种生成正交波形的方法及雷达系统。
背景技术
MIMO雷达为了避免通道间的相互干扰，以获得对多目标检测的高分辨率，波形设计至关重要。其中，尤其是具有低自相关旁瓣峰值的互相关的正交波形，对于MIMO雷达是重中之重。
对于MIMO雷达，产生多组正交波形一般用二相编码序列，常用的二相编码序列有Barker码、M序列。Barker码具有大时宽带宽积以及良好的自相关性能，但最佳的二相编码目前只找到7种，最长的是13位，脉冲压缩后的主旁瓣之比较低；而M序列自相关性较好，码长不受限制，可以提供较多的码序列，但是码长只能为2n-1-1。
当MIMO雷达需要产生长码数据时，脉宽时间为100us～3ms，时间精度0.1us,即相位编码长度1000～30000。采用常用的二相编码序列Barker码，最长的是13位，长度不足。M序列码长只能为2n-1-1，比如M序列只能产生2n-1-1，即211-1-1＝1023,或212-1-1＝2047，而1023～2047中间码长都不能产生，因此采用目前的二相编码序列不易实现。
发明内容
本发明的实施例提供一种生成正交波形的方法及雷达系统，码长长度不受限制而且易于产生，且自相关和互相关特性好，具有低截获概率特性，适合MIMO雷达使用。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
方法具体用于一种雷达系统，所述雷达系统包括：控制台(1)通过光纤连接FPGA(2)，FPGA(2)连接16组射频部件。其中每一组射频部件包括：一个D/A转换器(3)，与D/A转换器(3)连接的变频处理模块(4)，变频处理模块(4)连接滤波放大器(5)，滤波放大器(5)连接天线(6)；
方法包括：S1、控制台(1)根据所需码长l产生16组正交波形数据；
S2、将所产生的正交波形数据发送至FPGA(2)，并存储在FPGA(2)上；
S3、控制台(1)向FPGA(2)发送触发信号，FPGA(2)开始工作，FPGA(2)对16组正交波形数据进行调制，得到数字正弦信号；
S4、将所得到的数字正弦信号，分别发送至16组D/A转换器(3)，每个D/A转换器(3)将接收到的数字正弦信号转换成模拟基带信号，其中，每一个正交波形数据对应一个数字正弦信号；
S5、16组模拟基带信号再经各自的变频处理模块(4)处理后，得到对应的射频信号，并将所得到的射频信号输入滤波放大器(5)进行滤波放大，之后各个滤波放大器(5)通过各自所连接的天线(6)发射。
具体在步骤S1中：对于码长为l的MAC序列，确认一个素数p，其中，p离码长最近，且计算得到p的值，从计算得到的值中提取所需的素数p的值，并根据所需的素数p的值获取正交波形数据，其中，若(x2)p＝i有解，则整数i为模p的二次剩余，p＝4t-1，t为正整数。其中，计算的值；检测i＝1，2，…，p数值是否在S121的计算结果中出现，若出现则令ai-1＝+1，否则ai-1＝-1，并得到核心序列L＝{a0，a1，…，ap-1}表示；从所述核心序列L＝{a0，a1，…，ap-1}中截取末尾的u个元素，再截取核心序列L＝{a0，a1，…，ap-1}前端的v个元素，再将所截取的u个元素和v个元素分别写入核心前端和核心末尾，得到长度为l＝p+u+v的MAC序列，。之后可以重新选择邻近p且的素数p′，再同时选择u′、v′，重复上述步骤S121-123，直到达到16组信号，即满足需求。
本实施例中，采用MAC序列产生16组正交波形，相对于现有技术，常用的二相编码序列Barker码，最长的是13位，M序列码长只能为2n-1-1，当需要长码数据且长度任意时，上述技术不易实现，本方案中的码长在实现长码数据时长度不受限制。且正交波形只要在控制台中修改所需的码长，控制台就根据所写算法直接生成16组正交波形的数据，并传送到FPGA中，经调制和数模转换、变频后发送出去，易于产生，且码长越长时反而其互相关及自相关性越好。由于正交波形的数据，将功率分散到任意大的带宽范围内，不知道编码的截获接收机可能会发现信号的频谱密度低于热噪声，而没有注意到该信号的存在，具有低截获概率特性，只有我方系统将接收到信号做自相关处理后，在自相关函数的原点出现信号峰值，才能识别到相关信号。适合MIMO雷达使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
图1为本发明实施例提供的16正交波形的产生流程图。
图2为本发明实施例提供的硬件架构图。
图3为本发明实施例提供的16组正交波形中其中两组的互相关函数，其中码长1000。
图4为本发明实施例提供的16组正交波形中其中一组的自相关函数，其中码长1000。
图5为本发明实施例提供的16组正交波形中其中一组信号的模糊图，其中码长1000。
图6为本发明实施例提供的16组正交波形中其中两组的互相关函数，其中码长3000。
图7为本发明实施例提供的16组正交波形中其中一组的自相关函数，其中码长3000。
图8为本发明实施例提供的16组正交波形中其中一组信号的模糊图，其中码长3000。
其中各标号表示：1、控制台，2、FPGA，3、DAC(D/A转换器)，4、变频处理模块，5、滤波放大，6、天线。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
当MIMO雷达需要产生长码数据时，脉宽时间为100us～3ms，时间精度0.1us,即相位编码长度1000～30000，因此采用目前的二相编码序列不易实现，为此需要一种可以在码长1000～30000内任意调整且工程实现容易，自相关和互相关函数小于0.2的二相编码来产生多组正交波形
本发明实施例提供一种生成正交波形的方法，所述方法用于一种如图2所示的雷达系统，所述雷达系统包括：控制台(1)通过光纤连接FPGA(2)，FPGA(2)连接16组射频部件。其中每一组射频部件包括：一个D/A转换器(3)(D/A转换器)，与D/A转换器(3)连接的变频处理模块(4)，变频处理模块(4)连接滤波放大器(5)，滤波放大器(5)连接天线(6)。具体的，本实施例中的方法，可以通过运行在控制台(1)程序实现(比如Matalab)，只要调节码长l的大小，就可以得到所需长度的16组正交波形数据。
该方法具体包括：
S1、、控制台(1)根据所需码长l产生16组正交波形基带数据。
S2、将所产生的正交波形基带数据发送至FPGA(2)，并存储在FPGA(2)上。
S3、控制台(1)向FPGA(2)发送触发信号，FPGA(2)开始工作，FPGA(2)采用16组正交波形基带数据对数字载波信号进行调制，得到数字调制信号。
S4、将所得到的数字调制信号，分别发送至16组D/A转换器(3)，每个D/A转换器(3)将接收到的数字调制信号转换成模拟调制信号，其中，每一个正交波形基带数据对应一个模拟调制信号。
S5、16组模拟调制信号再经各自的变频处理模块(4)处理后，得到对应的射频信号，并将所得到的射频信号输入滤波放大器(5)进行滤波放大，之后各个滤波放大器(5)通过各自所连接的天线(6)发射。
具体的，本实施例中可以使用MAC序列二相编码来产生16组正交波形，如图1所示的，步骤S1中包括：
S11、对于码长为l的MAC序列，确认一个素数p，其中，p离码长最近，且
S12、计算得到p的值，从计算得到的值中提取所需的素数p的值，并根据所需的素数p的值获取正交波形数据，其中，若(x2)p＝i有解，则整数i为模p的二次剩余，p＝4t-1，t为正整数。
进一步的，步骤S12中包括：
S121、计算的值。
S122、检测i＝1，2，…，p数值是否在S121的计算结果中出现，若出现则令ai-1＝+1，否则ai-1＝-1，并得到核心序列L＝{a0，a1，…，ap-1}。S123、从所述核心序列L＝{a0，a1，…，ap-1}中截取末尾的u个元素，再截取核心序列L＝{a0，a1，…，ap-1}前端的v个元素，再将所截取的u个元素和v个元素分别写入核心前端和核心末尾，得到长度为l＝p+u+v的MAC序列：{ap-u，ap-u-1…ap-1，a0，a1，…，ap-1，a0，a1，…，av}，重新选择邻近p且的素数p′，再同时选择u′、v′，u′、v′表示新的元素数量，重复上述步骤S121-123，直到达到16组信号，以便于满足需求。
本实施例中，码长l≥1000。如图3-5所示的，当l取1000时，生成的16组正交波形自相关及互相关函数小于0.2，而且当码长越长时互相关及自相关性越好，可以达到0.1以下。在优选方案中，如图6-8所示的，码长l设定为3000。
本实施例中，采用MAC序列产生16组正交波形，相对于现有技术，本方案中的码长长度不受限制。且正交波形易于产生，且码长越长时反而其互相关及自相关性越好，也具有低截获概率特性，适合MIMO雷达使用。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
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