一种解决栅瓣干扰问题的数字波束形成方法技术

技术编号:15637085 阅读:274 留言:0更新日期:2017-06-15 01:12
本发明专利技术公开了一种解决栅瓣干扰问题的数字波束形成方法,通过单元级移相器结合功分网络将信号处理成子阵级的通道信号,然后将子阵级的通道信号经模数转换、数字正交解调成为基带信号,最后通过在数字波束形成处理板上的DSP中完成对栅瓣干扰信号的阻塞处理和权重矢量的计算,产生权重矢量,数字波束形成处理板上的FPGA进行加权处理形成最终的接收波束,使得对子阵级的栅瓣干扰无法处理的情况得到解决,能够自适应的抑制栅瓣干扰,同时保证期望方向的波束指向准确,具有较强的通用性。

【技术实现步骤摘要】
一种解决栅瓣干扰问题的数字波束形成方法
本专利技术涉及雷达
,尤其涉及一种解决栅瓣干扰问题的数字波束形成方法。
技术介绍
随着现代战场侦察雷达技术的发展、战场条件复杂性的提升,既要求装备具有灵活的波束形成能力,又要求雷达可以在跟踪目标的同时,还能够对抗空间上的干扰信号;传统的雷达波形产生技术通过移相器的方式解决灵活的波束指向问题,并通过数字波束形成技术解决空域抗干扰问题;移相器靠近射频前端,通过改变发射射频信号的相位,使得阵列各个单元的信号在空间某个特定方向的辐射合成增益最优,实现电扫秒,解决机械扫描的技术不足。移相器的方式进行波束形成是在射频信号上处理,不能同时形成多个波束,也不能在干扰方向形成零陷对抗干扰,如果采用全数字波束形成的方式,可以同时形成多个波束,并可以通过自适应数字波束形成技术在干扰方向形成零陷,但是在实际工程实现时,特别是针对阵列天线单元数量巨大的情况下,全数字波束形成要求每个单元天线对应一个通道,也就是一个单元就是一个小雷达,因此成本增加巨大;另外受限于现有的技术条件制约,对于毫米波的数字波束形成天线系统,还不能做到对单元级的收发模块、接收机等进行高密度集成,因此全数字波束形成的技术方案受到限制;在实际的工程实现中往往采用折中的方案,即单元级移相器结合子阵级的数字波束形成方案,这样的方式减少了通道数量,有利于降低成本,同时保留了一定的自由度可以实现一定的抗干扰,但是由于抗干扰处理在子阵级,子阵会产生栅瓣,对于从栅瓣位置进入的干扰无法自适应抑制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种解决栅瓣干扰问题的数字波束形成方法,能够在子阵级的数字波束形成方案中自适应地在栅瓣干扰位置形成零陷,对抗干扰,同时保证期望方向的波束指向准确。本专利技术采用的技术方案为:一种解决栅瓣干扰问题的数字波束形成方法,包括如下步骤:步骤A:利用阵列天线接收信号S,阵列天线包含M个天线单元,天线单元之间的间距为d,信号S为阵列天线中每个天线单元接收到的信号向量所组成的信号向量集合,即信号S为[s1,s2,…,sM],s1,s2,…,sM均包含了来自β度方向的期望信号和来自栅瓣位置α度方向的干扰;步骤B:信号S经过T/R组件,在T/R组件中首先通过低噪声放大器对信号S进行放大,然后通过移相器对放大后的信号进行移相,并得到移相后的信号X;步骤C:移相后的信号X经过功分网络合成为子阵级的通道信号Xs,每个子阵含有Nm个单元,合成矩阵对应的通道数为NN个,NN=M/Nm;步骤D:经过功分网络合成后的通道信号Xs经过接收机,接收机先将通道信号Xs混频到中频,再经过模数转换到数字信号,最后经数字正交解调成为基带信号Xb;步骤E:基带信号Xb传送至数字波束形成处理板上进行自适应权重处理,数字波束形成处理板上的DSP完成权重矢量的计算,产生权重矢量W,数字波束形成处理板上的DSP完成权重矢量的计算的步骤为:步骤E1:根据栅瓣的干扰位置α、阵列结构和子阵划分计算出阻塞向量Ei,子阵阵中心间距dsub=Nm×d,阻塞向量进而构成阻塞矩阵Bb,Bb是NN-1×NN维的矩阵,根据阻塞矩阵Bb,处理得到阻塞后的信号Xz,Xz=Bb·Xb;步骤E2:计算协方差矩阵,根据阻塞后的信号Xz计算协方差矩阵Rxz,Rxz=E[Xz·XzH];步骤E3:根据阵列结构计算指向期望方向的合成矩阵Ta,Ta为M×NN维矩阵,结合期望的导向矢量Dd,Dd=e-j2πmdsin(β)/λm=0,1,…,Nm-1=[1,e-j2πdsin(β)/λ,e-j2π2dsin(β)/λ,…,e-j2π(Nm-1)dsin(β)/λ]T,进而得到子阵合成之后的导向矢量Dt,Dt=TaT·Dd;步骤E4:根据步骤E2计算得到的协方差矩阵Rxz和步骤E3计算得到的子阵合成之后的导向矢量Dt,计算权重矢量W,w=inv(Rxz)Dt/(DtHinv(Rxz)Dt);步骤F:数字波束形成处理板上的FPGA(现场可编程门阵列)对步骤E4计算产生权重矢量W进行加权处理形成最终的接收波束。进一步地步骤C中功分网络的作用通过合成矩阵T表示,合成矩阵T为M×NN维的矩阵,合成矩阵T的构成方法是每一列需要合并的阵元上为1,其它位置上为0,经过功分网络之后合成的子阵级的通道信号Xs=TT·X。进一步地步骤E2中计算协方差矩阵Rxz为对阻塞后的信号Xz进行K次快拍采样来近似估计出Rxz,具体为对阻塞后的信号Xz进行K次快拍采样,K>=200,代入公式Rxz=Xz·XzH/K计算得到K次快拍采样后的协方差矩阵Rxz。本专利技术通过单元级移相器结合功分网络将信号处理成子阵级的通道信号,然后将子阵级的通道信号经模数转换、数字正交解调成为基带信号,最后通过对栅瓣干扰信号进行阻塞处理并进行权重矢量计算,使得对子阵级的栅瓣干扰无法处理的情况得到解决,能够自适应的抑制栅瓣位置的干扰,同时保证期望方向的波束指向准确,具有较强的通用性。附图说明图1为本专利技术的流程图;图2为本专利技术的组成原理框图。具体实施方式如图1和图2所示,本专利技术提供一种解决栅瓣干扰问题的数字波束形成方法,该方法适用于接收波束形成,其主要的步骤是:步骤A:利用阵列天线接收信号S,阵列天线包含M个天线单元,天线单元之间的间距为d,信号S为阵列天线中每个天线单元接收到的信号向量所组成的信号向量集合,即信号S为[s1,s2,…,sM],s1,s2,…,sM均包含了来自β度方向的期望信号和来自栅瓣位置α度方向的干扰。步骤B:信号S经过T/R组件,在T/R组件中首先通过低噪声放大器对信号S进行放大,然后通过移相器对放大后的信号进行移相,移相器的个数为M,移相器的移相值通过期望方向θ表示,第n个天线单元的移相值为ej2π(n-1)dsin(θ)/λ,M个移相器的移相值组成的移相向量为Aa,经过T/R组件移相后的信号X=Aa·S。步骤C:移相后的信号X经过功分网络合成为子阵级的通道信号Xs,每个子阵含有Nm个单元,合成矩阵对应的通道数为NN个,NN=M/Nm,功分网络的作用通过合成矩阵T表示,合成矩阵T为M×NN维的矩阵,合成矩阵T的构成方法是每一列需要合并的阵元上为1,其它位置上为0,经过功分网络之后合成的子阵级的通道信号Xs=TT·X(TT为T矩阵的转置)。步骤D:经过功分网络合成后的通道信号Xs经过接收机,接收机先将通道信号Xs混频到中频,再经过模数转换到数字信号,最后经数字正交解调成为基带信号Xb。步骤E:基带信号Xb传送至数字波束形成处理板上进行自适应权重处理,数字波束形成处理板上的DSP完成权重矢量的计算,产生权重矢量W,数字波束形成处理板上的DSP完成权重矢量计算的步骤为:步骤E1:根据栅瓣的干扰位置α、阵列结构和子阵划分计算出阻塞向量Ei,子阵阵中心间距dsub=Nm×d,阻塞向量进而构成阻塞矩阵Bb,Bb是(NN-1)×NN维的矩阵,根据阻塞矩阵Bb,处理得到阻塞后的信号Xz,Xz=Bb·Xb,可以看到通过阻塞矩阵Bb进行阻塞计算时相邻子阵通过相位补偿Ei之后作差,将子阵间的干扰信号阻塞掉不进入接收阵列后续的计算之中。步骤E2:计算协方差矩阵,根据阻塞后的信号Xz计算协方差矩阵Rxz,Rxz=E[Xz·XzH](XzH为Xz矩阵的共轭本文档来自技高网...
一种解决栅瓣干扰问题的数字波束形成方法

【技术保护点】
一种解决栅瓣干扰问题的数字波束形成方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤A:利用阵列天线接收信号S,阵列天线包含M个天线单元,天线单元之间的间距为d,信号S为阵列天线中每个天线单元接收到的信号向量所组成的信号向量集合,即信号S为[s1,s2,…,sM],s1,s2,…,sM均包含了来自β度方向的期望信号和来自栅瓣位置α度方向的干扰;步骤B:信号S经过T/R组件,在T/R组件中首先通过低噪声放大器对信号S进行放大,然后通过移相器对放大后的信号进行移相,并得到移相后的信号X;步骤C:移相后的信号X经过功分网络合成为子阵级的通道信号Xs,每个子阵含有Nm个单元,合成矩阵对应的通道数为NN个,NN=M/Nm;步骤D:经过功分网络合成后的通道信号Xs经过接收机,接收机先将通道信号Xs混频到中频,再经过模数转换到数字信号,最后经数字正交解调成为基带信号Xb;步骤E:基带信号Xb传送至数字波束形成处理板上进行自适应权重处理,数字波束形成处理板上的DSP完成权重矢量的计算,产生权重矢量W,数字波束形成处理板上的DSP完成权重矢量的计算的步骤为:步骤E1:根据栅瓣的干扰位置α、阵列结构和子阵划分计算出阻塞向量Ei,子阵阵中心间距d...

【技术特征摘要】
1.一种解决栅瓣干扰问题的数字波束形成方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤A:利用阵列天线接收信号S,阵列天线包含M个天线单元,天线单元之间的间距为d,信号S为阵列天线中每个天线单元接收到的信号向量所组成的信号向量集合,即信号S为[s1,s2,…,sM],s1,s2,…,sM均包含了来自β度方向的期望信号和来自栅瓣位置α度方向的干扰;步骤B:信号S经过T/R组件,在T/R组件中首先通过低噪声放大器对信号S进行放大,然后通过移相器对放大后的信号进行移相,并得到移相后的信号X;步骤C:移相后的信号X经过功分网络合成为子阵级的通道信号Xs,每个子阵含有Nm个单元,合成矩阵对应的通道数为NN个,NN=M/Nm;步骤D:经过功分网络合成后的通道信号Xs经过接收机,接收机先将通道信号Xs混频到中频,再经过模数转换到数字信号,最后经数字正交解调成为基带信号Xb;步骤E:基带信号Xb传送至数字波束形成处理板上进行自适应权重处理,数字波束形成处理板上的DSP完成权重矢量的计算,产生权重矢量W,数字波束形成处理板上的DSP完成权重矢量的计算的步骤为:步骤E1:根据栅瓣的干扰位置α、阵列结构和子阵划分计算出阻塞向量Ei,子阵阵中心间距dsub=Nm×d,阻塞向量进而构成阻塞矩阵Bb,Bb是NN-1×NN维的矩阵,根据阻塞矩阵Bb,处理得到阻塞后的信号Xz,Xz=Bb·Xb;步骤E2:计算协方差矩阵,根据阻塞后的信号Xz计算协方差矩...

【专利技术属性】
技术研发人员:孔繁
申请(专利权)人:中国电子科技集团公司第二十七研究所
类型:发明
国别省市:河南,41

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