子阵级混合MIMO‑相控阵系统的方向图设计方法技术方案

子阵级混合MIMO‑相控阵系统的方向图设计方法，本发明专利技术涉及子阵级混合MIMO‑相控阵系统的方向图设计方法。本发明专利技术是为克服已有MIMO系统所存在的一些局限，即与相控阵系统相比其有信噪比损失从而影响目标检测及参数估计精度，有波束形状损失从而导致系统性能下降，以及系统软硬件成本过高导致难以实现等。一、根据相干处理增益向量设计相干处理增益方向图；二、根据波形分集向量设计波形分集方向图；三、根据接收阵导向向量设计接收方向图；四、由相干处理增益方向图、波形分集方向图与接收方向图合成为混合MIMO‑相控阵系统的方向图。本发明专利技术应用于具有多输入多输出功能的现代电子系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及子阵级混合Mnro-相控阵系统的方向图设计方法。
技术介绍
子阵级混合MIMO-相控阵系统是将MIMO(Multiple-InputMultiple-Output,多输 入-多输出）系统与相控阵系统相结合的一种新系统，其克服了已有的MIMO系统和相控阵 系统的一些局限。 M頂0是一种新兴系统，其优势通常是与传统的相控阵系统相比较而言。M頂0系统 与相控阵系统相比有较大的优势，如更好的检测性能、更高的方向分辨率及估计精度，及 电子对抗及多径环境下更好的鲁棒性等。 但是与相控阵系统相比，MHTO系统与也存在一些局限。包括：i.各天线阵元发射 正交信号，不具备相控阵系统的相干处理增益，从而产生波束形状损失，并在目标散射截面 积衰落时使系统性能有所下降；2.产生信噪比（SNR)损失，影响目标检测及参数估计精度 等。尽管这种SNR损失可通过增加累积时间来补偿，但由于应用中的有限相干处理时间及 传播路径损耗等，其实现存在很多问题。3.现代电子系统常包含数百至数千个天线阵元。 如果直接应用MMO系统，则需要很多独立的发射信号并在接收端采用数百至数千个接收 通道，这在硬件成本及算法的运算代价等方面均无法承受；而且为得到合适的发射信号，需 要对维数巨大的优化问题进行求解。 子阵级混合MMO-相控阵系统目前刚刚开始研究，有很多问题还没有解决。其中 一个重要方面是，这种系统的方向图设计方法目前还没有研究成熟。
技术实现思路
本专利技术是为克服已有MMO系统所存在的一些局限，即与相控阵系统相比其有信 噪比损失从而影响目标检测及参数估计精度，有波束形状损失从而导致系统性能下降，以 及系统软硬件成本过高导致难以实现等，本专利技术提出了子阵级混合MMO-相控阵系统的方 向图设计方法。 子阵级混合MMO-相控阵系统的方向图设计方法，它按以下步骤实现： -、根据相干处理增益向量设计相干处理增益方向图； 二、根据波形分集向量设计波形分集方向图； 三、根据接收阵导向向量设计接收方向图； 四、由相干处理增益方向图、波形分集方向图与接收方向图合成为子阵级混合 MIMO-相控阵系统的方向图； 其中，所述相干处理增益方向图及波形分集方向图由系统的发射端决定，而接收 方向图由所述系统的接收端决定。 专利技术效果： 本专利技术中的子阵级混合MMO-相控阵系统克服了MMO系统的上述局限，可有效降 低硬件成本及运算代价。其在保持Mnro系统所有优势的同时，还具有相控阵系统的相干处 理增益的优势。 目前国内外对混合MMO-相控阵系统已进行了研究，但存在如下局限：⑴收/ 发天线分置；（2)系统接收端不采用子阵级处理而只采用阵元级处理，因而不是子阵级的 Mnro-相控阵系统。其局限在于，系统接收端需要数量巨大的接收通道（与接收阵元数相 同，可达到数百至数千的量级），这在硬件成本及算法运算代价方面均无法承受。 与已有的混合MMO-相控阵系统相比，本专利技术中的子阵级混合MMO-相控阵系 统的优势是：（1)采用收/发共用阵，成本低且易于在已有平台上实现。（2)子阵级混合 M頂0-相控阵系统的接收端采用子阵级处理，与已有的混合M頂0-相控阵系统接收端的阵 元级处理方式相比，接收通道数和信号处理维数可由阵元数（数百至数千量级）降低到子 阵数（数十的量级），可降低数十倍。 本专利技术解决了子阵级混合MMO-相控阵系统的方向图设计问题，与已有的相控阵 系统及M頂0系统的方向图设计方法不同，本专利技术将子阵级混合M頂0-相控阵系统的方向图 构造为三个分量：分别为相干处理增益方向图，波形分集方向图及接收方向图。 子阵级混合MMO-相控阵系统的阵列导向向量由相干处理增益向量、波形分集向 量及接收阵导向向量等三者共同决定。因而，子阵级混合MMO-相控阵系统具有相干处理 增益性能；从而克服了MMO系统的局限。因为MMO系统中，阵列导向向量只由波形分集 向量与接收阵导向向量决定；因而不具有相干处理增益，从而产生波束形状损失，使系统 性能下降；并产生信噪比损失，从而影响目标检测及参数估计精度等。【附图说明】 图1是【具体实施方式】一中系统的阵列及子阵示意图； 图2是【具体实施方式】一中总方向图的设计方案； 图3是坐标系及俯仰角和方位角的示意图。【具体实施方式】【具体实施方式】 一：本实施方式的子阵级混合MMO-相控阵系统的方向图设计方 法，它按以下步骤实现： -、根据相干处理增益向量设计相干处理增益方向图； 二、根据波形分集向量设计波形分集方向图； 三、根据接收阵导向向量设计接收方向图； 四、由相干处理增益方向图、波形分集方向图与接收方向图合成为子阵级混合 MIMO-相控阵系统的方向图； 其中，所述相干处理增益方向图及波形分集方向图由系统的发射端决定，而接收 方向图由所述系统的接收端决定。 1、阵列结构与工作模式 系统包括发射端及接收端两部分。 阵列结构：采用收/发共用阵，即发射端与接收端采用相同的阵列。阵元间距均 为半波长。阵列采用子阵结构，即相邻阵元通过子阵合成网络形成子阵；且发射阵与接收 阵采用相同的子阵结构。阵列及子阵的示意图如图1所示。本专利技术中阵列与子阵的形状是 任意的，图1只是以矩形阵为例进行说明。 发射信号形式：子阵内各阵元发射相参信号，工作于相控阵模式；而子阵间发射 正交信号，工作于M頂0模式。 2、总方向图的设计方案用(民约表示俯仰角与方位角，设阵列的波束指向为(怂，叭）。设阵列包含N个阵 兀，划分为L个子阵。将系统总方向图看作为三个分量的乘积，即表示为相干处理增益方向图，波形分 集方向图及接收方向图三者的乘积。其中相干处理增益方向图及波形分集方向图由系统的 发射端决定，而接收方向图由系统的接收端决定。总方向图的设计方案如图2所示。【具体实施方式】二：本实施方式与【具体实施方式】一不同的是：所述步骤一具体为：( -）子阵级混合MMO-相控阵系统的阵列包括发射阵和接收阵；且发射阵和接 收阵采用相同的阵列结构，即采用收/发共用阵；阵列中包括N个阵元，划分为L个子阵，(二）在子阵级混合MMO-相控阵系统的发射阵中，用阵元移相器控制阵列波束指 向，设波束指向为(化..识上I同时对各阵元的发射信号进行幅度加权，以进行发射波束形成， 因而共有N个发射波束形成权，构成了发射波束形成权向量wT;其中，所述wTSN维列向量，wT的第1行至第叱行元素构成一个叱维列向量，是第 1个子阵的发射波束形成权向量，用wT1表示；第NM行至第NJN2行元素构成了一个N2维 列向量，是第2个子阵的发射波束形成权向量，用wT2表示；第NJV-N1i行到第NJN2+*" N1JN1行元素构成了一个N:维列向量，是第1个子阵的发射波束形成权向量，用wT」表示； 依此类推；而第N-队行到第N行元素构成了一个N 列向量，是第L个子阵的发射波束形 成权向量，用WTj表示； (三）设flT (民切:)为发射阵的导向向量，4(武#是一个N维列向量，其中，~ 的第1行至第N1行元素构成了一个N3隹列向量，是第1个子阵的发射阵导向向量，用?TJ (民炉)表示；第K+1行至第NJN2行元素构成了一个N2维列向量，是第2个子阵的发射 阵导向向量，用A:(乂妁表示；第N1+NJ-N1i行到第NJNJ-N1JN1行本文档来自技高网...

【技术保护点】
子阵级混合MIMO‑相控阵系统的方向图设计方法，其特征在于它按以下步骤实现：一、根据相干处理增益向量设计相干处理增益方向图；二、根据波形分集向量设计波形分集方向图；三、根据接收阵导向向量设计接收方向图；四、由相干处理增益方向图、波形分集方向图与接收方向图合成为子阵级混合MIMO‑相控阵系统的方向图；其中，所述相干处理增益方向图及波形分集方向图由系统的发射端决定，而接收方向图由所述系统的接收端决定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡航，高伟，王宇翔，牟成虎，宋柯，张广磊，李绍滨，李毓琦，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23