四相雷达探测码本
设计 5 条长度为 N、取值于 {1, i, −1, −i} 的四相序列,在全部非零错位自相关与全部错位互相关组成的 25N − 15 个事件上,按字典序最小化峰值模平方 M、达到峰值的事件数 C 与模平方总和 E。延伸阅读:问题背景与数学原理 →
严格定义
- 容器5 条长度为 N 的四相序列,每个符号取 0、1、2、3,对应单位圆上的四个恒模相位 1、i、−1、−i。
- 提交5 条字符串,每条恰好 N 个字符,首字符固定为 0。
- 计分事件每条序列自身的 N − 1 个非零非周期错位,以及每两条序列之间的全部 2N − 1 个错位,共 5(N − 1) + 10(2N − 1) = 25N − 15 个非主峰事件。
- 相关值一次对齐的非周期相关值由下式给出,仅对两个下标均在 [0, N − 1] 内的位置 t 求和。由于每个符号取自 {±1, ±i},R 为高斯整数,|R|² 为非负整数。
- 分数分量𝒜 表示全部 25N − 15 个计分事件。M 为峰值模平方,C 为达到峰值 M 的事件个数,E 为所有事件模平方之和;三项均以精确整数计算。
- 目标按字典序依次最小化 (M, C, E):先比较 M,M 相同时比较 C,前两项均相同时比较 E。
帮助理解
自相关与互相关旁瓣
接收机通过匹配滤波计算回波与各发射序列在不同时延下的内积。除每条序列在零时延处与自身的匹配主峰外,其余所有非零时延和跨通道内积都属于旁瓣干扰。压低最大旁瓣模平方 M,才能避免强目标的旁瓣掩盖弱目标或产生虚假探测。
非周期时延与距离分辨
脉冲雷达回波的到达时刻对应目标距离,接收机需要将参考序列依次错开 k = −(N − 1) 到 N − 1 个码片进行滑动比对。每一个非周期错位 k 对应一个距离分辨单元,5 个发射通道与所有非零时延共同构成 25N − 15 个待抑制的旁瓣位置。
四相恒模约束
射频功率放大器通常工作在饱和恒模状态,数字相位调制器若限制为 QPSK 四相字母表,每个码片就只能取 {1, i, −1, −i}。相比连续相位波形设计,离散四相约束将问题变成高维组合优化。
高斯整数与理论下界
以 N = 73 为例,Welch 型连续下界给出 M ≥ 22.21。由于四相序列的相关值是高斯整数,模平方 |R|² 必为两个整数平方和;23 与 24 都不能表为两平方和,因此可达到的理论下界至少为 25。目前文献中尚无该参数族公开的完整最优码本。
所有 n 的当前最佳解
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