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申请/专利权人：吉林大学

摘要：本发明涉及一种基于量子粒子群算法的MIMO雷达正交波形设计方法，属于雷达信号处理领域。采用量子粒子群算法对相位编码序列进行优化，最后得到正交性良好的波形集，以序列的自相关旁瓣峰值和互相关峰值作为适应度函数，将波形集的子脉冲的相位编码为0和1，采用量子旋转门对粒子位置进行更新，通过Hε门对算法进行修正，使算法具有更好的全局收敛性和搜索能力，并以一定的变异概率对粒子位置进行量子非门的更新操作，进一步改善算法性能；仿真实验表明本发明的算法的有效性，并与粒子群算法和混沌粒子群算法进行对比，证明本发明的实验结果更好。

主权项：1.一种基于量子粒子群算法的MIMO雷达正交波形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，产生相位编码信号，发射波形个数为L，编码序列长度为N；步骤2，初始化量子粒子群算法参数，包括种群数目、最大迭代次数、粒子维数，并对种群进行初始化；步骤3，计算种群中粒子的适应度，得到初始个体极值，其中的最小值即为初始全局极值，对应的粒子位置是全局最优位置；步骤4，确定量子旋转门的旋转角大小，并采用量子旋转门对粒子位置进行更新，计算更新后的粒子的适应度，若适应度值小于更新前粒子的适应度值，则将该粒子自身最优位置替换为当前位置，否则保留原位置；若更新后的全局极值小于更新前的全局极值，则采用当前全局最优位置进行替换，否则保留原位置；步骤4中，所述的量子旋转门的旋转角大小Δθi，由以下更新公式确定： 其中，t为算法的迭代次数，rand为[0，1]内的随机数，θi为粒子当前位置的相位，d表示粒子的维数，为了便于区分，粒子自身最优位置和全局最优位置的相位分别用θid，θcd表示，w为算法的惯性权重，采用线性递减的更新方式，公式为： wmax为惯性权重的最大值，设为0.9，wmin为惯性权重的最小值，设为0.4，tmax为最大迭代次数；c1，c2为算法的学习因子，随惯性权重的变化调整，c1＝2.4-1.4×cosw·π，c2＝0.9+1.6×cosw·π；当时，其差值应减去2π，当时，其差值应加上2π；当时，其差值应减去2π，当时，其差值应加上2π；量子旋转门的旋转角确定后，采用量子旋转门对粒子位置进行更新，更新后的概率幅为： 为避免算法陷入局部最优解，产生早熟收敛的现象，选取Hε门对量子旋转门进行修正，取ε∈0，1]，若|αi′|2≤ε，且|βi′|2≥1-ε，则修正后的概率幅若|αi′|2≥1-ε，且|βi′|2≤ε，则修正后的概率幅否则概率幅保持不变，生成[0，1]内的随机数rand，当rand|αi″|2时，量子位坍塌为1，否则坍塌为0；步骤5，根据自适应变异概率对粒子位置进行量子非门的更新操作，计算更新后的粒子的适应度，粒子自身最优位置和全局最优位置的更新与步骤4相同；根据预设的自适应变异概率判断粒子是否要进行量子非门更新，自适应变异概率P为： 其中，fiti为粒子当前的适应度，fitg为全局极值；当P≤Pmin时，P＝Pmin，否则P不变；自适应变异概率确定后，取一[0，1]内的随机数rand，只有当randP时，粒子才进行量子非门更新操作，量子非门的操作实际上是改变原先坍缩到某一个状态的倾向，使其以该程度的倾向坍缩到另一个状态；变异后的概率幅为： 生成[0，1]内的随机数rand，当时，量子位坍塌为1，否则坍塌为0；步骤6，进入下一次迭代，循环更新操作，直到达到最大迭代次数，终止迭代，输出最优解；步骤7，利用优化后的相位编码序列生成正交相位编码信号，完成MIM0雷达的正交波形设计；步骤1中，所述的相位编码信号是一种具有良好正交性的脉压信号，它是将信号时宽均匀分成多个子脉冲，再对子脉冲的相位进行调制，发射波形个数为L，子脉冲个数为N，即编码序列长度为N时，相位编码信号集sln的表达式为： 其中，φln即为第l个发射波形的第n个子脉冲的相位，也是所要优化的变量，e为指数函数的底，j为虚数单位，当采用M相编码时，采用二相编码，即M＝2，此时φln取值为0或π，φln用一个矩阵来表示： 步骤2中，所述的量子粒子群算法的粒子维数为L×N，优化时φln的值可编码为0和1，粒子每一维的变量用一位量子位表示，并以一定的概率坍塌到确定状态，对种群进行初始化，就是在[0，2π]中随机取值作为量子位的相位θi，其中cosθi和sinθi即为量子位的概率幅，可用[αi，βi]T来表示；生成[0，1]内的随机数rand，当rand|cosθi|2时，量子位坍塌为1，否则坍塌为0；步骤3中，所述的粒子的适应度的计算，粒子的适应度函数遵循自相关旁瓣峰值和互相关峰值最小的准则，相位编码信号的自相关函数Aφ1，k和互相关函数Cφp，φq，k的表达式分别为： 粒子的适应度函数E的表达式为： 其中，ω1，ω2为加权系数，φpn为第p个发射波形的第n个子脉冲的相位，φqn为第q个发射波形的第n个子脉冲的相位，k表示时延；步骤7中，得到优化后的相位编码序列则优化后的相位为利用对信号的相位进行调制，完成MIM0雷达的正交波形设计。

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