一种基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法技术

本发明专利技术提出一种基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法，该方法包括：频控阵接收设备发送第一信号；频控阵发射设备接收第二信号；将所述第一信号与所述第二信号进行去卷积，以得到多径信道；所述频控阵发射设备将发射信号通过所述多径信道发射出去。目前多径对频控阵无线传输具有信号损耗，时间反演技术可利用多径信号的损耗，时间反演信道可有效收集利用多径信号，明显改善系统的传输性能。

A time focusing method of frequency controlled array based on time reversal Technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法
本专利技术属于频控阵
，具体涉及一种基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法。
技术介绍
阵列天线技术在雷达、无线通信、声呐及导航等领域有着广泛的应用，根据实际应用的需求天线可以有不同的排列方式，最基本的可以分为线阵和面阵。与单个天线相比，阵列天线可以实现波束扫描、波束赋形以及多波束等功能。国内外科研工作者往往按照阵列天线的功能分类来进行性能和应用的研究，比如相控阵天线、频率扫描天线、自适应天线以及多入多出(MIMO)天线等。近些年来，在相控阵和MIMO基础上衍生的新型阵列吸引了广泛关注，比如相控阵-MIMO以及差分阵列等。这些新型阵列带来了更多的自由度和广泛的应用前景，也带来了许多需要探索和解决的问题。相控阵雷达区别于传统机械扫描雷达，其优势之一在于可自由地实现波束的空间扫描，因而广泛地应用于雷达目标检测与成像应用。通常相控阵雷达每个阵元发射(接收)的是同一信号，通过在每个阵元的输出端接入移相器进行波束方向控制，调整移相器的相移量便可实现波束的空域扫描。此外，还可以通过改变雷达系统的工作频率来实现波束扫描，即频率扫描天线。然而，相控阵、频率扫描天线和MIMO雷达都存在一个缺点：在每一扫描快拍内，波束指向在距离上是恒定的，也就是说波束指向与距离是无关的，不能利用线性相控阵雷达实现目标距离和方位角二维联合估计。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法，将传统频控阵结合时间反演技术，克服频控阵的距离周期性，使得能量在目标距离处的某一时刻聚焦，该聚焦方法包括：频控阵接收设备发送第一信号；频控阵发射设备接收第二信号；将所述第一信号与所述第二信号进行去卷积，以得到多径信道；所述频控阵发射设备将发射信号通过所述多径信道发射出去。可选地，接收设备首先发送一个探测信号，所述第一信号为：其中，f0表示第一个阵元发射信号载频，Δf为不同阵元之间的载波频率增量，N表示总的发射阵元个数。可选地，将探测信号接收并进行时间反演，所述第二信号为：其中，E(r,t)表示在时间t距离r处的接收信号，r是参考阵元到目标点的距离，c表示光速。可选地，估计得到目标点(接收设备)距离发射设备的信道估计，所述信道包括直接传播路径和反射传播路径。可选地，得到直接传播路径的接收信号，目标点接收到的直接传播路径为：其中，Edn(r,t)表示在时间t距离r处的直接传播接收信号分量，rdn表示第n阵元的直接传播距离目标点的距离。可选地，反射路径传播的接收信号，目标点接收到的反射传播路径为：其中，Ern(r,t)表示在时间t距离r处的多径传播接收信号分量，rrn表示第n阵元的多径传播距离目标点的距离。可选地，根据发射信号及目标点已得接收信号去卷积得到信道，目标点接收信号表示为：可选地，目标点已得接收信号需已知，某目标点的接收信号为：其中，sin(·)表示水平极化，cos(·)表示垂直极化，Etot(r,t)表示在时间t距离r处的接收信号。如上所述，本专利技术的一种基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法，具有以下有益效果：(1)目前多径对频控阵无线传输具有信号损耗，时间反演技术可利用多径信号的损耗，时间反演信道可有效收集利用多径信号，明显改善系统的传输性能。(2)由于所有的范围位置都会存在传输信号，所以时间方差和范围周期性是不可避免的。在目前的研究中忽略了频控阵的时间方差。利用时间反演技术的时空聚焦性能，实现频控阵的波束聚焦性能。附图说明为了进一步阐述本专利技术所描述的内容，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。应当理解，这些附图仅作为典型示例，而不应看作是对本专利技术的范围的限定。图1为本专利技术所使用的频控阵多径模型示意图；图2为本专利技术的时间反演频控阵系统模型图；图3为本专利技术的频控阵多径模型水平极化波束图；图4为本专利技术的频控阵传统信道响应和频控阵时间反演信道响应对比图；图5为本专利技术的频控阵有无时间反演技术的响应峰值的比较图；图6为本专利技术的基于时间反演技术的频控阵距离角接收信号图；图7为本专利技术的不同频偏下的有无时间反演技术的频控阵信道对比图；图8为本专利技术的一种基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法的流程图。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图8所示，一种基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法，包括：频控阵接收设备发送第一信号；频控阵发射设备接收第二信号；将所述第一信号与所述第二信号进行去卷积，以得到多径信道；所述频控阵发射设备将发射信号通过所述多径信道发射出去。对于线性均匀阵列天线，如图1所示。假设有N＝12个发射天线，相邻天线之间的距离为第一个阵元(参考阵元)发射信号载频为f0＝1GHz，也被称为系统的中心频率，不同阵元之间的载波频率增量为Δf＝1KHz，则第n个阵元的发射信号频率被表示为：fn＝f0+nΔf,n＝0,1,2,...N-1其中，fn表示第n个阵元的发射信号频率，f0表示第一个阵元(参考阵元)发射信号载频，N表示总的发射阵元个数。频控阵接收设备发射信号波形为：其中，f0表示第一个阵元(参考阵元)发射信号载频，不同阵元之间的载波频率增量为Δf，N表示总的发射阵元个数。若参考阵元到目标点的距离是r＝10km，假设目标满足一定的距离条件(d＜＜r)，则每个阵元的辐射波束可被认为是一组平行波，并且角度均为频控阵发射设备(目标处)的接收信号为：其中，E(r,t)表示在时间t距离r处的接收信号，f0表示第一个阵元(参考阵元)发射信号载频，N表示总的发射阵元个数，c表示光速。均匀线性频控阵被处于多径环境(被放置在一个水平面上)时，如图1所示。频控阵天线距离水平面假设有N个发射天线，相邻天线之间的距离为d，以参考阵元为中心N个阵元沿x轴分布。第一个阵元(参考阵元)发射信号载频为f0，也被称为系统的中心频率，不同阵元之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法，其特征在于，该聚焦方法包括：/n频控阵接收设备发送第一信号；/n频控阵发射设备接收第二信号；/n将所述第一信号与所述第二信号进行去卷积，以得到多径信道；/n所述频控阵发射设备将发射信号通过所述多径信道发射出去。/n

【技术特征摘要】
1.基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法，其特征在于，该聚焦方法包括：
频控阵接收设备发送第一信号；
频控阵发射设备接收第二信号；
将所述第一信号与所述第二信号进行去卷积，以得到多径信道；
所述频控阵发射设备将发射信号通过所述多径信道发射出去。


2.根据权利要求1所述的基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法，其特征在于，所述第一信号为：



其中，f0表示第一个阵元发射信号载频，Δf为不同阵元之间的载波频率增量，N表示总的发射阵元个数。


3.根据权利要求2所述的基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法，其特征在于，所述第二信号为：



其中，E(r,t)表示在时间t距离r处的接收信号，r是参考阵元到目标点的距离，c表示光速。


4.根据权利要求3所述的基于时间反转技术的频控阵时间聚焦方法，其特征在于，所述信道包括直接传播路径和反射传播路径。


5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：程婕，王文钦，张顺生，陈慧，贾文凯，侯宇典，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51