一种基于数据重构的稀布阵数字波束形成方法技术

本发明专利技术提供一种基于数据重构的稀布阵数字波束形成方法，包括以下步骤：步骤1，确定系统阵列天线个数和射频通道数量；步骤2，根据阵列结构，设计压缩采样网络矩阵，将阵列天线各阵元接收的信号投影到采样网络矩阵上进行压缩采样，得到压缩采样数据；步骤3，对压缩采样得到的射频信号进行下变频和A/D采样后，得到基带的数字信号；步骤4，用基于自适应栅格调整的重构算法恢复得到满阵时各通道的回波信号；步骤5，用重构得到的数据做数字波束形成，形成波束，得到期望方向信号。本方法可以大大减少射频通道数量，降低雷达阵列天线的造价成本，形成的方向图具有旁瓣低、指向准确、干扰方向零陷深等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种阵列信号处理技术，特别是一种基于数据重构的稀布阵数字波束形成方法。
技术介绍
阵列天线是一类由不少于两个天线单元规则或随机排列并通过适当激励获得预定辐射特性的特殊天线。阵列天线波束具有方向性强、旁瓣低、易实现电扫等特点，已被广泛应用于雷达和通信电子系统中。数字波束形成技术是目前的研究热点之一，通过加不同的权系数，可以形成不同的阵列方向图，使主瓣指向所需方向，而使其零陷对准干扰方向，尽可能地提高阵列输出所需信号的强度，同时减小干扰信号的强度，从而提高阵列的输出信干噪比。大型阵列，特别是数字波束形成天线或固态有源相控阵天线，每个天线单元都有一个对应的射频前端，因而阵列的阵面造价十分昂贵，是雷达耗资的主要部分。非均匀间隔的稀布阵技术，可以以较少的阵元数目形成窄的波束和高的分辨率，从而大大减少射频前端的数目，是目前的研究热点之一。采用稀布阵技术，不仅减少了阵列天线的生产成本和日常维护费用，而且还降低了馈电系统的复杂性和故障率，又由于阵元的稀疏布置，阵元之间的互耦效应也因此减弱。正因为具有以上一些特有的优势，使得稀布阵列天线在导弹制导机载预警、高频地面雷达、抗干扰的卫星接收天线等军事领域和空中交通管制、气象预报、射电天文等民用领域将有不可估量的应用前景。目前的稀布阵优化方法都只是针对某一个特定的方向图进行优化的，这些方法必须先给定一个参考方向图，然后用尽量少的阵元在给定口径内对阵元位置进行优化，得到一个满足要求的稀布阵。当波束进行扫描或进行自适应干扰抑制时，同样的阵列结构很难保证波束的性能，所以寻找一种优化布阵方法，使得设计的稀布阵可以形成多种形状的方向图，可以进行自适应干扰抑制，使得设计的阵列结构可以尽量保证自适应干扰抑制时波束的性能，而且尽可能多地减少阵元。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于数据重构的稀布阵数字波束形成方法，该方法可以大大减少射频通道数量，降低雷达阵列天线的造价成本，形成的方向图具有旁瓣低、指向准确、干扰方向零陷深等优点。本方法包括以下步骤：步骤1，确定系统阵列天线个数和射频通道数量；步骤2，根据阵列结构，设计压缩采样网络矩阵，将阵列天线各阵元接收的信号投影到采样网络矩阵上进行压缩采样，得到压缩采样数据；步骤3，对压缩采样得到的射频信号进行下变频和A/D采样后，得到基带的数字信号；步骤4，用基于自适应栅格调整的重构算法恢复得到满阵时各通道的回波信号；步骤5，用重构得到的数据做数字波束形成，形成波束，得到期望方向信号。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(1)本专利技术采用压缩采样技术对空域回波信号进行压缩采样，大大减少了射频通道的数量，减少了接收机和A/D采样的通道数量，从而大大降低了阵列天线的制造成本；(2)本专利技术采用自适应栅格调整的算法对数据进行恢复，恢复精度高，与目标角度无关，且计算量较小，方便系统实现；(3)本专利技术用重构得到的数据做数字波束形成，可以进行自适应波束扫描，得到的方向图旁瓣低，干扰方向零陷深，方向图性能与满阵接近。线面结合说明书附图对本专利技术做进一步描述。附图说明图1是本专利技术的原理框图。图2是本专利技术重构算法的框图。图3是本专利技术中线阵下的几种方法的方向图。图4是本专利技术中恢复算法调整前后的输出信干噪比比较曲线示意图(l＝100，SNR＝10dB，INR＝40dB)。图5是本专利技术中恢复算法与其他恢复算法的输出信干噪比比较曲线示意图(l＝100，INR＝40dB)。图6是本专利技术中不规则子阵结构的阵列分布示意图。图7是本专利技术中稀布阵与不规则子阵性能比较示意图。图8是本专利技术面阵的阵元位置分布示意图。图9是本专利技术面阵下的方向图。图10是本专利技术圆阵方向图在u＝0.1时的切面方向图。图11是本专利技术面阵下不同方法的输出信干噪比比较示意图(INR＝40dB)。具体实施方式本专利技术的实施步骤如图1所示，在传统DBF雷达天线系统上增加了两个模块：压缩采样网络和数据重构模块。下面具体说明该方法的操作步骤。考虑一个满阵的直线阵天线，有N个阵元均匀排列，阵元间距均为(/2((为雷达的工作波长)。现有K个远场回波信号入射到天线阵面上，其中一个为期望信号，其余K-1个为干扰信号。阵列天线各阵元的接收信号用一个N维的向量X(t)表示，X(t)＝[x1(t),x2(t),…,xN(t)]T。先不考虑接收机噪声，则有 X ( t ) = Σ k = 1 K s k ( t ) a k - - - ( 1 ) ]]>式(1)中sk(t)为第k个回波信号，对于间距为d均匀线阵，导向矢量ak可以用式(2)表示 a ( u k ) = ( 1 , e j 2 πdu k / λ , e j 2 π 2 du k / λ , ... , e j 2 π ( N - 1 ) du k / λ ) T - - - ( 2 ) ]]>式(2)中uk＝sin(θk)，θk为第k个信号的回波方向。根据|sin(θi)-sin(θi+1)|＝2/Г，我们将-90°～90°的空域Г等分，得到ui,i＝1,2,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数据重构的稀布阵数字波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定系统阵列天线个数和射频通道数量；步骤2，根据阵列结构，设计压缩采样网络矩阵，将阵列天线各阵元接收的信号投影到采样网络矩阵上进行压缩采样，得到压缩采样数据；步骤3，对压缩采样得到的射频信号进行下变频和A/D采样后，得到基带的数字信号；步骤4，用基于自适应栅格调整的重构算法恢复得到满阵时各通道的回波信号；步骤5，用重构得到的数据做数字波束形成，形成波束，得到期望方向信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于数据重构的稀布阵数字波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定系统阵列天线个数和射频通道数量；步骤2，根据阵列结构，设计压缩采样网络矩阵，将阵列天线各阵元接收的信号投影到采样网络矩阵上进行压缩采样，得到压缩采样数据；步骤3，对压缩采样得到的射频信号进行下变频和A/D采样后，得到基带的数字信号；步骤4，用基于自适应栅格调整的重构算法恢复得到满阵时各通道的回波信号；步骤5，用重构得到的数据做数字波束形成，形成波束，得到期望方向信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中所述的阵列天线各阵元接收的信号为X(t)＝AS(t)+V(t)，其中A＝[a(w11),a(w12),…,a(w1Г),…a(wГ1),a(wГ2),…,a(wГГ)]， a ( w k k ) = ( e j 2 π ( ξ 1 u k + η 1 v k ) / λ , ... , e j 2 π ( ξ N u k + η N v k ) / λ ) T ]]>S(t)＝[0,0,...,s1(t),0,...,0,...,sK(t),0,...,0]TV(t)＝[v1(t),v2(t),...,vN(t)]T为由各个阵元通道的高斯白噪声组成的向量，S(t)为投影系数向量，sk(t)为第k个回波信号，wkk＝(uk,vk)，为第k个信号的俯仰角和方位角，(ξi,ηi)为第i个阵元的坐标位置，k,i∈[1,N]，N为系统阵列天线个数，Γ为uv方向等分数，λ为雷达的工作波长。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2中所述的压缩采样网络矩阵Φ为稀布阵或不规则子阵结构，且与矩阵A不相关。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程为：步骤4.1，初始化Ψ(0)，Ψ′(0),Α(0)，Α′(0),U(0)，设定角度偏差门限值，迭代次数k＝1，其中为为投影系数向量，S＝[0,0,...,s1,0,...,0,...,sK,0,...,0]T，A(U)＝[a(u1),a(u2),…,a(uΓ)]为稀疏字典，U＝[...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉兵，王建，盛卫星，蒋跃，李曙光，施云飞，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32