一种基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法，包括如下步骤：确定雷达天线包含的阵元数A，并根据雷达天线包含的阵元数A确定非均匀面阵的大小，其中非均匀面阵的横轴包括B个阵元，非均匀面阵的纵轴包括C个阵元；根据非均匀面阵横轴上的阵元数B，确定非均匀面阵中所有阵元的横坐标；根据非均匀面阵纵轴上的阵元数C，确定非均匀面阵中所有阵元的纵坐标；根据非均匀面阵的所有阵元的横坐标和纵坐标，确定最终的非均匀面阵所有阵元的位置。本发明专利技术提供一种基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法，不仅可以提高阵列的自由度和阵列孔径，而且阵元位置具有闭式表达式，有利于阵列的部署。

A design method of non-uniform array based on improved nested linear array

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法
本专利技术属于雷达
，具体涉及一种基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法。
技术介绍
在阵列信号处理领域，由于面阵列能对目标信号进行二维角度估计，故相对于线阵，面阵可提供更多的目位方向信息，具有更大的探测优势。所以面阵在波束形成、雷达成像和通信等方面有广泛的应用。从阵列设计的角度来说，通常要求面阵的孔径尽可能大，自由度尽可能多，差分合成阵列是完全填充的，同时阵元位置可以通过闭式表达式或简单的规则进行描述。PiyaPal研究团队等提出一种嵌套式面阵，该阵列具有较大自由度及其差分合成阵列是完全填充的，而且其阵元位置有闭式表达式；VanTrees研究团队提出均匀矩形阵，阵列的自由度和孔径都比较小；孙磊研发团队提出一种最小冗余面阵，该阵列基于最小冗余线阵设计，其差分合成阵列完全填充，自由度比嵌套式面阵大，但是最小冗余线阵阵元位置只能通过计算机搜索的方式获得，不能通过闭式表达式获得。综上，现有的非均匀面阵，如：嵌套式面阵、均匀矩形阵、最小冗余面阵虽然都能获得大于阵元数目的自由度，但是都存在一定的不足：不能同时实现孔径尽可能大、差分合成阵列完全填充、阵元位置可通过闭式表达式获得的要求。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提共一种基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法，不仅可以提高阵列的自由度和阵列孔径，而且阵元位置具有闭式表达式，有利于阵列的部署。为达到上述目的，本专利技术提供一种基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法，具体技术方案包括以下步骤：S1，确定雷达天线包含的阵元数A，并根据雷达天线包含的阵元数确定非均匀面阵的大小，其中非均匀面阵的横轴包括B个阵元，非均匀面阵的纵轴包括C个阵元；A、B和C分别为大于0的正整数，且满足A＝B×C；S2，根据非均匀面阵横轴上的阵元数B，确定非均匀面阵的横坐标X；S3，根据非均匀面阵纵轴上的阵元数C，确定非均匀面阵的纵坐标Y；S4，根据非均匀面阵的横坐标X和非均匀面阵的纵坐标Y，确定最终的非均匀面阵Z。步骤5，根据最终的非均匀面阵Z，计算得到差分合成阵列{vDCA}。进一步地，在所述S1中，所述B的表达式为：表示向下取整操作；所述C的表达式为，C＝A÷B。进一步地，在所述S2中，所述X的表达式为：X＝{b1,b2,…,bm}×d其中，bm表示非均匀面阵的第m列的阵元的横坐标，1≤m≤B，bm×d表示非均匀面阵的第m列的阵元的位置，且b1＝0，d表示非均匀面阵中的单位阵元间隔，取值为雷达发射信号的半波长。进一步地，在所述S3中，所述纵坐标Y的表达式为：Y＝{c1,c2,…,cn}×d其中，cn表示非均匀面阵的第n行的阵元的纵坐标，1≤n≤C，cn×d表示非均匀面阵的第n行的阵元的位置，且c1＝0，d表示非均匀面阵中的单位阵元间隔。进一步地，在所述S4中，所述非均匀面阵Z的表达式为：Z＝{(bm,cn)1≤m≤B,1≤n≤C}×d其中，bm表示非均匀面阵的横坐标X中第m个阵元的横坐标，cn表示非均匀面阵的纵坐标Y中第n个阵元的纵坐标，(bm,cn)表示非均匀面阵的第m列第n行的阵元的坐标，(bm,cn)×d表示非均匀面阵的第m列第n行的阵元的位置，d表示非均匀面阵中的单位阵元间隔。进一步地，在所述步骤5中，所述差分合成阵列{vDCA}表达式为：{vDCA}＝{(bm-bm',cn-cn')1≤m≤B,1≤m'≤B,1≤n≤C,1≤n'≤C}当m＝1时，分别令m'取1至B；且当n＝1时，分别令n'取1至C；进而分别得到(b1-b1,c1-c1)至(b1-bM,c1-cN)；然后令m分别取2至B，且令n分别取2至C，进而分别得到(b2-b1,c2-c1)至(bB-bB,cC-cC)；其中，bm表示非均匀面阵的横坐标X中第m个阵元的横坐标，bm'表示非均匀面阵的横坐标X中第m'个阵元的横坐标，cn表示非均匀面阵的纵坐标Y中第n个阵元的纵坐标，cn'表示非均匀面阵的纵坐标Y中第n'个阵元的纵坐标。进一步地，所述差分合成阵列{vDCA}是完全填充型的，其自由度为差分合成阵列的阵元个数；所述差分合成阵列{vDCA}的自由度为DOF，其表达式为：DOF＝(2bB+1)×(2cC+1)其中，bB表示非均匀面阵的横坐标X中第B个阵元的横坐标，cC表示非均匀面阵的纵坐标Y中第C个阵元的纵坐标；所述的差分合成阵列是无孔的均匀面阵。进一步地，所述差分合成阵列，还包括如下步骤：预设条件如下：设定差分合成阵列中包含K个目标，K个目标分别为非相关目标，K个目标与非均匀面阵之间的距离分别满足预定要求，雷达发射信号到达非均匀面阵时是平行波，且为窄带信号；噪声与雷达发射信号相互独立，且是加性独立同分布的高斯过程；针对K个目标进行多目标检测时，K大于雷达包括的阵元数A，第k个目标对应的俯仰角为θk，第k个目标对应的方位角为φk，且-90°≤θk≤90°，0°≤φk≤360°，K为大于0的正整数。S11，计算所述非均匀面阵横轴B个阵元的阵列流形Ax，计算所述非均匀面阵的纵轴包括的C个阵元的方向矩阵Ay，差分合成阵列沿其横轴方向依次排列，则得到C个子阵列；其中第1个子阵列为A1，A1＝AxD1(Ay)；第2个子阵列为A2，A2＝AxD2(Ay)；直到第C个子阵列为AC，AC＝AxDC(Ay)；其中Dm(.)为由非均匀面阵的纵轴包括的C个阵元的方向矩阵Ay的第m行构造的一个对角矩阵；m＝1,2,...C；d表示非均匀面阵中的单位阵元间隔，λ为电磁波的波长，j为虚数单位，e为指数函数；S12，计算所述差分合成阵列接收的信号数据x(t)，其表达式为：其中，s(t)是K个目标对应的窄带信号，s(t)＝[s1(t),s2(t),…,sn(t),…,sK(t)]T，sn(t)表示第n个目标对应的入射信号，每个目标对应的入射信号在时间上分别相互独立且非相关，并均服从复高斯分布表示第n个目标对应的入射信号sn(t)的功率；n(t)表示均值为0、方差为σ2高斯白噪声，其满足独立同分布，并且与每个目标对应的入射信号分别不相关；t表示采样时刻，t＝1,2,…,N，N表示快拍数；CN表示高斯分布。S13，根据差分合成阵列接收的信号数据x(t)，先利用空间平滑算法进行去相干，再使用酉ESPRIT算法进行波达方向估计，分别得到K个目标各自的波达方向估计值。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：第一，本专利技术提供的技术方案方法简单，其差分合成阵列是完全填充的矩形面阵，可利用传统基于均匀阵列的处理方法进行参数估计，有效避免角度模糊问题，同时具有更好的波束赋形能力；第二，本专利技术提供的技术方案中的阵元位置可以通过闭式表达式或简单的规则进行描述，极大方便阵列的部署及相关研本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，确定雷达天线包含的阵元数A，并根据雷达天线包含的阵元数确定非均匀面阵的大小，其中非均匀面阵的横轴包括B个阵元，非均匀面阵的纵轴包括C个阵元；A、B和C分别为大于0的正整数，且满足A＝B×C。/nS2，根据非均匀面阵横轴上的阵元数B，确定非均匀面阵的横坐标X。/nS3，根据非均匀面阵纵轴上的阵元数C，确定非均匀面阵的纵坐标Y。/nS4，根据非均匀面阵的横坐标X和非均匀面阵的纵坐标Y，确定最终的非均匀面阵Z。/nS5，根据最终的非均匀面阵Z，计算得到差分合成阵列{v

【技术特征摘要】
1.一种基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，确定雷达天线包含的阵元数A，并根据雷达天线包含的阵元数确定非均匀面阵的大小，其中非均匀面阵的横轴包括B个阵元，非均匀面阵的纵轴包括C个阵元；A、B和C分别为大于0的正整数，且满足A＝B×C。
S2，根据非均匀面阵横轴上的阵元数B，确定非均匀面阵的横坐标X。
S3，根据非均匀面阵纵轴上的阵元数C，确定非均匀面阵的纵坐标Y。
S4，根据非均匀面阵的横坐标X和非均匀面阵的纵坐标Y，确定最终的非均匀面阵Z。
S5，根据最终的非均匀面阵Z，计算得到差分合成阵列{vDCA}。


2.如权利要求1所述的基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法，其特征在于，在所述S1中，所述B的表达式为：表示向下取整操作；所述C的表达式为，C＝A÷B。


3.如权利要求1所述的基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法，其特征在于，在所述S2中，所述X的表达式为：
X＝{b1,b2,…,bm}×d
其中，bm表示非均匀面阵的第m列的阵元的横坐标，1≤m≤B，bm×d表示非均匀面阵的第m列的阵元的位置，且b1＝0，d表示非均匀面阵中的单位阵元间隔，取值为雷达发射信号的半波长。


4.如权利要求1所述的基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法，其特征在于，在所述S3中，所述纵坐标Y的表达式为：
Y＝{c1,c2,…,cn}×d
其中，cn表示非均匀面阵的第n行的阵元的纵坐标，1≤n≤C，cn×d表示非均匀面阵的第n行的阵元的位置，且c1＝0，d表示非均匀面阵中的单位阵元间隔。


5.如权利要求1所述的基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法，其特征在于，在所述S4中，所述非均匀面阵Z的表达式为：
Z＝{(bm,cn)|1≤m≤B,1≤n≤C}×d
其中，bm表示非均匀面阵的横坐标X中第m个阵元的横坐标，cn表示非均匀面阵的纵坐标Y中第n个阵元的纵坐标，(bm,cn)表示非均匀面阵的第m列第n行的阵元的坐标，(bm,cn)×d表示非均匀面阵的第m列第n行的阵元的位置，d表示非均匀面阵中的单位阵元间隔。


6.如权利要求1所述的基于改进型嵌套线阵的非均匀面阵设计方法，其特征在于，在所述S5中，所述差分合成阵列{vDCA}表达式为：
{vDCA}＝{(bm-bm',cn-cn')|1≤m≤B,1≤m'≤B,1≤n≤C,1≤n'≤C}
当m＝1时，分别令m'取1至B；且当n＝1时，分别令n'取1至C；进而分别得到(b1-b1,c1-c1)至(b1-bM,c1-cN)；
然后令m分别取2至B，且令n分别取2至C，进而分别得到(b2-b1,c2-c1)至(bB-bB,cC-cC)；
其中，bm表示非均匀面阵的横...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明磊，王晓冉，
申请(专利权)人：西安电子科技大学昆山创新研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32