基于雷达折面阵规则数字子阵的和/差波束的形成方法技术

本发明专利技术属于雷达技术领域，涉及一种基于雷达折面阵规则数字子阵的和/差波束的形成方法，用于数字子阵和差波束权计算，其步骤为：步骤1，架设雷达阵列天线；步骤2，得到俯仰维阵列的阵元权值；步骤3，对俯仰维阵列的阵元权值进行归一并量化；步骤4，采用泰勒加权获得方位维阵列的阵元权值；步骤5，对方位维阵列的阵元权值进行归一并量化；步骤6，形成和波束；步骤7，求解俯仰维阵列的子阵级权值；步骤8，形成俯仰维差波束；步骤9，求解方位维阵列的子阵级的加权权值；步骤10，形成方位维差波束；本发明专利技术实现对方向图旁瓣的抑制，并降低信噪比损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达
，涉及一种，用于折面阵的和波束/差波束方向图旁瓣的抑制。
技术介绍
随着通信系统在容量和质量上的不断升级，人们对通讯天线提出了越来越高得性能指标要求。这就对天线阵的设计提出了更高的要求。对于不同的通讯需求需要不同形状的波束进行覆盖。因此共形天线阵在通信中有了很好的应用前景。共形天线阵，是天线单元附着在非平面表面上的天线阵，简称共行阵。在某些特殊领域内其作用是平面阵无法替代的，当天线阵要求宽角扫描或全方位覆盖的时候，共形阵也是最具吸引力的选择。共形天线阵的优点是显而易见的，但其分析也是相当复杂的。为了对抗电磁杂波和干扰，要求共形阵天线在扫描过程中是低副瓣的。因此，在线阵和平面阵中的常用的解析方法已不再适用于共形阵。 子阵级阵列信号处理技术是相控阵雷达特别是多功能相控阵雷达中的关键技术之一。由于相控阵雷达通常采用大孔径天线，天线包含成千上万个单元，因此在天线单元级进行数字波束形成，不仅运算十分复杂且成本代价太高。通常是把阵列划分为若干个子阵，在子阵级上进行数字波束控制，而在子阵内部采用移相完成。子阵级处理在很小降低系统性能的情况下，大大降低了系统的复杂度并且节约了成本，是处理大型阵列雷达的一个非常有效的方法。 在雷达系统中，抑制阵列方向图的旁瓣是一个基本和十分重要的问题，对于采用单脉冲技术的雷达系统，需要对和差波束的旁瓣同时进行抑制。对于规则子阵可在阵元上采用两种形式的加权:用于和波束的Taylor加权及用于差波束的Bayliss加权。但是，对于折面阵无法直接采用Bayliss加权求得差波束权值，而目前还没有基于折面阵规则数字子阵的和波束/差波束的形成方法的研究，为此本专利技术采用在子阵级进一步应用数字加权的方案，使得子阵级差波束加权权值在均方意义上逼近Bayliss加权，从而获得差波束权值并实现对方向图旁瓣的抑制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术的不足，提出了一种，实现对和波束/差波束的方向图旁瓣的抑制，并降低信噪比损失。 为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。 —种，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，架设雷达阵列天线，设定雷达阵列天线为一个由NpXNq个阵元组成的折面阵；再把折面阵划分为MpXMq个规则数字子阵，每个规则数字子阵由LpXLq个阵元组成，相邻阵元之间的间距为d，Np为折面阵的俯仰维阵列的阵元数，N,为折面阵的方位维阵列的阵元数，Mp为折面阵的俯仰维阵列的规则数字子阵数目，Mq为折面阵的方位维阵列的规则数字子阵数目，Lp为规则数字子阵的俯仰维阵列的阵元数，Lq为规则数字子阵的方位维阵列的阵元数，Np = MpXLp, Nq = MqXLq ； 设定折面阵位于xoz平面上，向y轴负方向弯折，χ轴表示折面阵的方位维阵列，z轴表示折面阵的俯仰维阵列，折面阵的俯仰维阵列向y轴负方向弯折，A表示折面阵的弯折角度； 折面阵接收原始回波信号，利用移相器对原始回波信号进行移相，得到移相之后的信号； 步骤2，求取折面阵的俯仰维阵列的阵元坐标的表达式；根据俯仰维阵列的阵元坐标的表达式得到主波束方向的导向矢量和波束副瓣方向的导向矢量；通过主波束方向的导向矢量和波束副瓣方向的导向矢量得到折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量W1, W1 =[14’?，叫2，…，14’Wp];其中，Np为折面阵的俯仰维阵列的阵元数； 步骤3，从折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量W1中取每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值；确定每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值组成的向量Wlis中的最大值max (Wlis),再利用最大值max (Wlis)对Lp个阵元权值进行归一化，得到归一化后的每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值组成的向量为(norm) Wlis ; 设定衰减器精度为0.5dB，根据衰减器的精度对归一化后的每个规则数字子阵的俯仰维阵列的1^个阵元权值组成的向量wlis(n°?)进行数字量化，得到量化后每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值组成的向量Wlis ； 由量化后每个规则数字子阵的俯仰维阵列的1^个阵元权值组成的向量Wlis得到量化后的折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量Wl ; 步骤4，对于折面阵的方位维阵列的N,个阵元，采用泰勒taylor加权获得折面阵的方位维阵列的Nq个阵元权值组成的向量W2，其中％ = [u’2l，u’2:，…，u’2、I，其中，Nq为折面阵的方位维阵列的阵元数； 步骤5，从折面阵的方位维阵列的N,个阵元权值组成的向量W2中取每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量;确定每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量W2jk中的最大值max (w2Jk),再利用最大值max (w2jk)对Lq个阵元权值进行归一化，得到归一化后的每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量为w2jk(nOTm)； 设定衰减器精度为0.5dB，根据衰减器的精度对归一化后的每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量为W2A(nOTm)进行数字量化，得到量化后每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量W2jk ； 根据量化后每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量W2a得到量化后的折面阵的方位维阵列的N,个阵元权值组成的向量W2 ； 步骤6，量化后的折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量Wl与量化后的折面阵的方位维阵列的N,个阵元权值组成的向量W2克罗内可积得到折面阵的和波束权值Wsu W = ?W2;利用折面阵的和波束权值Wsum对移相之后的信号进行幅度加权求和得到折面阵的和波束； 步骤7，构建折面阵的俯仰维阵列的子阵形成矩阵Tp;根据量化后的折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量Wl来构建第一辅助矩阵T1，子阵形成矩阵Tp和第一辅助矩阵T1构建折面阵的俯仰维阵列的子阵转换矩阵Tvct ;利用折面阵的俯仰维阵列的子阵转换矩阵Tvot求解折面阵的俯仰维阵列的子阵级的加权权值Wdif(1) (opt)； [0021 ] 步骤8，将每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值中的最大值max (W2jk)确定为折面阵的方位维阵列的子阵级加权权值Wsub(2)，即Wsub(2) = max(w2Jk)； 折面阵的方位维阵列的子阵级加权权值Wsub(2)与折面阵的俯仰维阵列的子阵级加权权值Wdif(1) (opt)通过克罗内可积得到折面阵的俯仰维差波束的子阵级加权权值W_， W11 = Wdii{i\opt)?Wj2)； 对移相之后的信号进行子阵级加权求和，得到子阵级信号； 折面阵的俯仰维差波束的子阵级加权权值Wvot对子阵级信号进行幅度加权求和，得到折面阵的俯仰维差波束； 步骤9，构建折面阵的方位维阵列的子阵形成矩阵Tq;根据量化后的折面阵的方位维阵列的N,个阵元权值组成的向量W2来构建第二辅助矩阵T2,子阵形成矩阵Tq和第二辅助矩阵T2构建折面阵的方位维阵列的子阵转换矩阵Tptjs ;利用折面阵的方位维阵列的子阵转换矩阵Tptjs求解折面阵的方位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于雷达折面阵规则数字子阵的和/差波束的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，架设雷达阵列天线，设定雷达阵列天线为一个由Np×Nq个阵元组成的折面阵；再把折面阵划分为Mp×Mq个规则数字子阵，每个规则数字子阵由Lp×Lq个阵元组成，相邻阵元之间的间距为d，Np为折面阵的俯仰维阵列的阵元数，Nq为折面阵的方位维阵列的阵元数，Mp为折面阵的俯仰维阵列的规则数字子阵数目，Mq为折面阵的方位维阵列的规则数字子阵数目，Lp为规则数字子阵的俯仰维阵列的阵元数，Lq为规则数字子阵的方位维阵列的阵元数，Np＝Mp×Lp，Nq＝Mq×Lq；设定折面阵位于xoz平面上，向y轴负方向弯折，x轴表示折面阵的方位维阵列，z轴表示折面阵的俯仰维阵列，折面阵的俯仰维阵列向y轴负方向弯折，A表示折面阵的弯折角度；折面阵接收原始回波信号，利用移相器对原始回波信号进行移相，得到移相之后的信号；步骤2，求取折面阵的俯仰维阵列的阵元坐标的表达式；根据俯仰维阵列的阵元坐标的表达式得到主波束方向的导向矢量和波束副瓣方向的导向矢量；通过主波束方向的导向矢量和波束副瓣方向的导向矢量得到折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量w1，其中，Np为折面阵的俯仰维阵列的阵元数；步骤3，从折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量w1中取每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值；确定每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值组成的向量w1is中的最大值max(w1is)，再利用最大值max(w1is)对Lp个阵元权值进行归一化，得到归一化后的每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值组成的向量为w1is(norm)；设定衰减器精度为0.5dB，根据衰减器的精度对归一化后的每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值组成的向量w1is(norm)进行数字量化，得到量化后每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值组成的向量W1is；由量化后每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值组成的向量W1is得到量化后的折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量W1；步骤4，对于折面阵的方位维阵列的Nq个阵元，采用泰勒taylor加权获得折面阵的方位维阵列的Nq个阵元权值组成的向量w2，其中其中，Nq为折面阵的方位维阵列的阵元数；步骤5，从折面阵的方位维阵列的Nq个阵元权值组成的向量w2中取每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量w2jk；确定每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量w2jk中的最大值max(w2jk)，再利用最大值max(w2jk)对Lq个阵元权值进行归一化，得到归一化后的每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量为w2jk(norm)；设定衰减器精度为0.5dB，根据衰减器的精度对归一化后的每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量为w2jk(norm)进行数字量化，得到量化后每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量W2jk；根据量化后每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量W2jk得到量化后的折面阵的方位维阵列的Nq个阵元权值组成的向量W2；步骤6，量化后的折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量W1与量化后的折面阵的方位维阵列的Nq个阵元权值组成的向量W2克罗内可积得到折面阵的和波束权值Wsum，利用折面阵的和波束权值Wsum对移相之后的信号进行幅度加权求和得到折面阵的和波束；步骤7，构建折面阵的俯仰维阵列的子阵形成矩阵Tp；根据量化后的折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量W1来构建第一辅助矩阵T1，子阵形成矩阵Tp和第一辅助矩阵T1构建折面阵的俯仰维阵列的子阵转换矩阵Tver；利用折面阵的俯仰维阵列的子阵转换矩阵Tver求解折面阵的俯仰维阵列的子阵级的加权权值Wdif(1)(opt)；步骤8，将每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值中的最大值max(w2jk)确定为折面阵的方位维阵列的子阵级加权权值Wsub(2)，即Wsub(2)＝max(w2jk)；折面阵的方位维阵列的子阵级加权权值Wsub(2)与折面阵的俯仰维阵列的子阵级加权权值Wdif(1)(opt)通过克罗内可积得到折面阵的俯仰维差波束的子阵级加权权值Wver，Wver=Wdif(1)(opt)⊗Wsub(2);]]>对移相之后的信号进行子阵级加权求和，得到子阵级信号；折面阵的俯仰维差波束的子阵级加权权值Wver对子阵级信号进行幅度加权求和，得到折面阵的俯仰维差波束；步骤9，构建折面阵的方位维阵列的子阵形成矩阵Tq；根据量化后的折面阵的方位维阵列的Nq个阵元权值组成的向量W2来构建第二辅助矩阵T2，子阵形成矩阵Tq和第二辅助矩阵T2构建折面阵的方位维阵列的子阵转换...

【技术特征摘要】
1.一种基于雷达折面阵规则数字子阵的和/差波束的形成方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，架设雷达阵列天线，设定雷达阵列天线为一个由NpXNq个阵元组成的折面阵；再把折面阵划分为MpXMq个规则数字子阵，每个规则数字子阵由LpXLq个阵元组成，相邻阵元之间的间距为d，Np为折面阵的俯仰维阵列的阵元数，N,为折面阵的方位维阵列的阵元数，Mp为折面阵的俯仰维阵列的规则数字子阵数目，Mq为折面阵的方位维阵列的规则数字子阵数目，Lp为规则数字子阵的俯仰维阵列的阵元数，Lq为规则数字子阵的方位维阵列的阵元数，Np = MpXLp, Nq = MqXLq ； 设定折面阵位于xoz平面上，向y轴负方向弯折，χ轴表示折面阵的方位维阵列，z轴表示折面阵的俯仰维阵列，折面阵的俯仰维阵列向y轴负方向弯折，A表示折面阵的弯折角度； 折面阵接收原始回波信号，利用移相器对原始回波信号进行移相，得到移相之后的信号; 步骤2，求取折面阵的俯仰维阵列的阵元坐标的表达式；根据俯仰维阵列的阵元坐标的表达式得到主波束方向的导向矢量和波束副瓣方向的导向矢量；通过主波束方向的导向矢量和波束副瓣方向的导向矢量得到折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量Wl， 叫=[叫P’n，...，1^];其中，Np为折面阵的俯仰维阵列的阵元数； 步骤3，从折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量W1中取每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值；确定每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值组成的向量Wlis中的最大值max (Wlis)，再利用最大值max (Wlis)对Lp个阵元权值进行归一化，得到归一化后的每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值组成的向量为wlis(nOTm)；设定衰减器精度为0.5dB，根据衰减器的精度对归一化后的每个规则数字子阵的俯仰维阵列的1^个阵元权值组成的向量wlis(n°?)进行数字量化，得到量化后每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值组成的向量Wlis ； 由量化后每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lpf阵元权值组成的向量Wlis得到量化后的折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量Wl ； 步骤4，对于折面阵的方位维阵列的N,个阵元，采用泰勒taylor加权获得折面阵的方位维阵列的Nq个阵元权值组成的向量W2，其中W2 = [η.21 , u；Vi ]，其中，Nq为折面阵的方位维阵列的阵元数； 步骤5，从折面阵的方位维阵列的N,个阵元权值组成的向量W2中取每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量a# ;确定每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量W2jk中的最大值max (W2jk),再利用最大值max (W2jk)对Lq个阵元权值进行归一化，得到归一化后的每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量为 w2Jk(norni)； 设定衰减器精度为0.5dB，根据衰减器的精度对归一化后的每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量为w2A(nOTm)进行数字量化，得到量化后每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量W2jk ； 根据量化后每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值组成的向量得到量化后的折面阵的方位维阵列的N,个阵元权值组成的向量W2 ； 步骤6，量化后的折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量Wl与量化后的折面阵的方位维阵列的N,个阵元权值组成的向量W2克罗内可积得到折面阵的和波束权值Wsum,Wsum = W10W2;利用折面阵的和波束权值Wsim对移相之后的信号进行幅度加权求和得到折面阵的和波束； 步骤7，构建折面阵的俯仰维阵列的子阵形成矩阵Tp;根据量化后的折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量Wl来构建第一辅助矩阵T1,子阵形成矩阵Tp和第一辅助矩阵T1构建折面阵的俯仰维阵列的子阵转换矩阵Tvct ;利用折面阵的俯仰维阵列的子阵转换矩阵Tvct求解折面阵的俯仰维阵列的子阵级的加权权值Wdif(1) (opt)； 步骤8，将每个规则数字子阵的方位维阵列的Lq个阵元权值中的最大值max (w2Jk)确定为折面阵的方位维阵列的子阵级加权权值Wsub(2)，即Wsub(2) = max(w2Jk)； 折面阵的方位维阵列的子阵级加权权值Wsub⑵与折面阵的俯仰维阵列的子阵级加权权值Wdif(1)(opt)通过克罗内可积得到折面阵的俯仰维差波束的子阵级加权权值W_， 对移相之后的信号进行子阵级加权求和，得到子阵级信号； 折面阵的俯仰维差 波束的子阵级加权权值Wvot对子阵级信号进行幅度加权求和，得到折面阵的俯仰维差波束； 步骤9，构建折面阵的方位维阵列的子阵形成矩阵Tq;根据量化后的折面阵的方位维阵列的N,个阵元权值组成的向量W2来构建第二辅助矩阵T2,子阵形成矩阵Tq和第二辅助矩阵T2构建折面阵的方位维阵列的子阵转换矩阵Tptjs ;利用折面阵的方位维阵列的子阵转换矩阵Tptjs求解折面阵的方位维阵列的子阵级的加权权值Wdif(2) (opt)； 步骤10，将每个规则数字子阵的俯仰维阵列的Lp个阵元权值中的最大值max (Wlis)确定为折面阵的俯仰维阵列的子阵级加权权值Wsub(1)，即Wsub(1) = max(wlis)； 折面阵的俯仰维阵列的子阵级加权权值Wsub(1)与折面阵的方位维阵列的子阵级加权权值Wdif(2)(opt)通过克罗内可积得到折面阵的方位维差波束的子阵级加权权值Wptjs ；w = WdlP1pmwJh 对移相之后的信号进行子阵级加权求和，得到子阵级信号； 折面阵的方位维差波束的子阵级加权权值Wptjs对子阵级信号进行幅度加权求和，得到折面阵的方位维差波束。2.根据权利要求1所述的一种基于雷达折面阵规则数字子阵的和/差波束的形成方法，其特征在于，步骤2包括以下子步骤: 2a)设定折面阵的俯仰维阵列的阵元坐标为(％，Ztl),通过以下关系式得到俯仰维阵列的阵元坐标(％，z0)表达式；Z0 = [zl, z2], y0 = -[yl, y2]；zl = (I = N1) Xd ;z2 = zl (end)+ (1:N2) XdXcos(A)；yl = zeros (1，length (zl))；y2 = (1:N2) *d*sin (A)；其中，zeros为取零矩阵，length为计算向量长度，N1为折面阵的俯仰维阵列未弯折部分的阵元数，N2为折面阵的俯仰维阵列弯折部分的阵元数，Np = N^N2, Np为折面阵的俯仰维阵列的阵元数，d为相邻阵元之间的间距，A表示折面阵的弯折角度，zl为折面阵的俯仰维阵列未弯折部分的阵元在z轴上对应的坐标，z2为折面阵的俯仰维阵列弯折部分的阵元在z轴上的坐标，yl为折面阵的俯仰维阵列未弯折部分的阵元在y轴上对应的坐标，y2为折面阵的俯仰维阵列弯折部分的阵元在y轴上对应的坐标； 2b)根据俯仰维阵列的阵元坐标表达式得到主波束方向的导向矢量〃(A#,，A)，表达式为:其中，λ为雷达天线的发射信号波长，9 d表不主波束方向的方位角，％表不主波束方向的俯仰角，A表示折面阵的弯折角度，％为折面阵的俯仰维阵列的阵元在y轴的坐标，Z0为折面阵的俯仰维阵列的阵元在z轴的坐标； 波束副瓣方向的导向矢量〃(Α，Ψ,<，Α)，表达式为:其中，λ为雷达天线的发射信号波长，91；表示波束副瓣方向的方位角，％表示波束副瓣方向的俯仰角，A表示折面阵的弯折角度，^为折面阵的俯仰维阵列的阵元在y轴的坐标，Z0为折面阵的俯仰维阵列的阵元在z轴的坐标； 2c)利用主波束方向的导向矢量(A, (?, A)和波束副瓣方向的导向矢量β (^, A)建立以下凸优化问题；将求解折面阵的俯仰维阵列的％个阵元权值组成的向量^的问题转化为求解以下凸优化问题，得到叫=[wmW12，…，wliVp];其中，Np为折面阵的俯仰维阵列的阵元数:其中，min为取最小值，H为取共轭转置，01;表示波束副瓣的方位角W表示波束副瓣的俯仰角，Θ d表示主波束方向的方位角，％表示主波束方向的俯仰角，W1为折面阵的俯仰维阵列的Np个阵元权值组成的向量，^=[ηπ,η-.12,..., VV1' ];其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹运合，王景梅，姜婕，王胜华，刘峥，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61