一种提高分布式极化敏感阵列发射增益的波束形成方法技术

本发明专利技术公开了一种提高分布式极化敏感阵列发射增益的波束形成方法，本发明专利技术首先对阵列接收的信号进行DOA和极化参数估计，之后根据估计参数以及空间匹配滤波器原理计算出加权矢量，最后根据加权矢量对各通道输出信号进行数字波束形成得到最终发射信号。本方法得到的加权矢量考虑到极化信息的影响，可以在共形阵列侦察干扰一体化平台中提高干扰信号的发射增益，克服了现有方法只能从一个天线发射，无法进一步提高增益的不足。

【技术实现步骤摘要】
一种提高分布式极化敏感阵列发射增益的波束形成方法
本专利技术涉及一种提高分布式极化敏感阵列发射增益的波束形成方法，属于电子对抗领域。
技术介绍
目前，随着共形天线的技术成熟，分布式极化敏感阵列得到应用，但在侦察干扰一体化平台，由于天线的分布式摆放，且极化方式不统一，目前只采用单一通道进行干扰发射，如果能将多个通道做到类似相控阵同时发射则可以提高发射增益，增强干扰效能。为解决此问题，针对传统的标量阵列，可以利用数字波束形成技术通过多通道加权的方式提高发射信号增益。但在极化敏感阵列中，由于极化域信息的加入，标量阵的数字波束形成加权矢量便不再适用于极化敏感阵列中。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要解决的技术问题是提供一种通过多通道加权输出的方式提高分布式极化敏感阵列在干扰目标方向的发射增益的波束形成方法。为解决上述技术问题，本专利技术的一种提高分布式极化敏感阵列发射增益的波束形成方法，包括以下步骤：步骤一：信号采集，具体为：利用由N个共形线极化阵元组成的极化敏感阵列接收空间中的远场入射窄带信号，获得接收数据矢量x(t)：x(t)＝as(t)+n(t)式中，a为导向矢量，s(t)为空间信号矢量，n(t)为阵列的噪声数据矢量；步骤二：利用极化MUSIC算法，根据接收数据矢量x(t)估计出DOA和极化参数其中，为估计出的信号DOA参数，(γ0,η0)为估计出的信号极化参数；步骤三：当加权矢量对所需目标方向的信号同相相加时得到最大信号增益，根据空间匹配滤波器原理计算加权矢量w；步骤四：数字波束形成，具体为：根据加权矢量w对N个阵元的发射信号进行加权求和，即调整各路相位得到其输出为：式中，表示所有阵元未做加权前的干扰信号，w表示发射阵列加权矢量，为步骤二中估计出的DOA和极化参数，表示N个阵元对空间中某目标的联合导向矢量。本专利技术还包括：1.步骤一中导向矢量a具体为：其中，为信号的实际DOA参数，(γm,ηm)信号的实际极化参数，un(θm,φm)为第n个阵元处信号形成的空间延迟，n＝1,2，...,N，整个矩阵为信号的阵元空间相位矩阵，其中，假设第n个阵元位于xoy平面，以坐标原点为参考点，信号到达该阵元相对于参考点的空间延迟为xn为该阵元在x轴的位置坐标，yn为该阵元在y轴的位置坐标，n＝1,2，...,N，B为极化敏感矩阵，对于分布式极化敏感阵列，假设第n个阵元的摆放角为αn，则：B＝[B1,B2,...,BN]T；描述了极化域和角度域的相干结构，与每个极化敏感阵元的空间位置无关，分布式极化阵列坐标向量表示为：2.步骤二中利用极化MUSIC算法，根据接收数据矢量x(t)估计出DOA和极化参数具体为：首先利用x(t)的K次采样结果构造协方差矩阵并对进行特征值分解得到信号子空间US和噪声子空间UN；然后通过在方位角和俯仰角构成的二维空间内搜索的极值，获得信号的DOA参数的估计其中，gmin(·)表示矩阵束的最小广义特征值，最后根据对应的广义特征向量解得信号极化参数的估计(γ0,η0)为：3.步骤三中加权矢量w满足：式中，为估计出的DOA和极化参数，为阵元空间相位矩阵，B为极化敏感矩阵。本专利技术的有益效果：本专利技术所述的采用分布式极化敏感阵列提高发射增益的方法，通过采用共形天线接收空间的电磁波信号，构造接收信号数据矢量，在极化MUSIC算法的基础上估计DOA和极化参数，并根据估计参数和空间匹配滤波器原理求得加权矢量，对各阵元发射信号进行加权后阵列输出的总信号可以实现在干扰目标方向提高发射增益的目的。本专利技术首次提出在共形极化敏感阵列侦察干扰一体化平台中，使用数字波束形成技术多通道加权发射干扰信号，从而提高干扰信号增益。本专利技术通过多通道加权输出的方式提高阵列在干扰目标方向的发射增益。附图说明图1是目前侦察干扰一体化平台发射干扰信号的系统框图。图2是本专利技术提出的能够提高发射增益的侦察干扰一体化平台系统框图。图3是本专利技术中分布式极化敏感阵列空间布置结构图，采用均匀圆阵布置方式，阵元与圆周边缘共行。图4是单通道发射与使用本方法多通道加权的增益对比图。图5是使用本方法取加权矢量和使用标量阵列不考虑极化参数方法取加权矢量的波束方向图比较。图6是使用本方法实现分别在极化参数为(γ0,η0)＝(0°,30°)和(γ1,η1)＝(20°,45°)不同极化参数增大发射增益的波束方向图比较。图7是使用本方法实现分别在DOA参数为和不同DOA参数增大发射增益的波束方向图比较。图8是使用本方法实现分别在r＝80mm和r＝120mm不同阵元半径条件的阵列下波束方向图比较。图9是使用本方法实现分别在N＝8和N＝16不同阵元数量的阵列下波束方向图比较。具体实施方式下面结合附图对本专利技术具体实施方式做进一步说明。图1是现有目前侦察干扰一体化平台发射干扰信号的系统框图，是只采用单一通道进行干扰发射；结合图2，本专利技术的一种适用于分布式极化敏感阵列即共形阵列的数字波束形成方法，包括由N个共形线极化阵元组成的分布式极化敏感阵列，步骤如下：步骤一：信号采集利用共形线极化阵元组成的分布式极化敏感阵列接收空间中的远场入射窄带信号，获得接收数据矢量x(t)：x(t)＝as(t)+n(t)式中，a为导向矢量，s(t)为空间信号矢量，n(t)为阵列的噪声数据矢量。针对分布式极化敏感阵列联合导向矢量a具有以下形式：其中，为信号的实际DOA参数，(γm,ηm)信号的实际极化参数，un(θm,φm)为第n个阵元处，n＝1,2，...,N信号形成的空间延迟，整个矩阵为信号的阵元空间相位矩阵:其中，假设阵元位于xoy平面，因此信号在两个阵列间的空间延迟为xn为该阵元在x轴的位置坐标，yn为该阵元在y轴的位置坐标，n＝1,2，...,N。B为极化敏感矩阵，对于不同的极化敏感阵列结构和极化方式，B矩阵具有不同的形式。对于分布式极化敏感阵列，假设第n个阵元的摆放角为αn，则：B＝[B1,B2,...,BN]T。描述了极化域和角度域的相干结构，与每个极化敏感阵元的空间位置无关。分布式极化阵列坐标向量都可以表示为：步骤二：DOA和极化参数估计首先利用x(t)的K次采样结果构造协方差矩阵并对进行特征值分解得到信号子空间US和噪声子空间UN。接着通过在方位角和俯仰角构成的二维空间内搜索的极值，获得信号的DOA参数的估计其中，gmin(·)表示矩阵束的最小广义特征值，最后根据对应的广义特征向量解得信号极化参数的估计(γ0,η0)为：步骤三：计算加权矢量根据空间匹配滤波器原理，要使发射信号的增益达到最大，加权矢量应使得相加前的各阵元信号相位相同，必须与信号在极化域上和空域上完全匹配，合适的加权矢量就是信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高分布式极化敏感阵列发射增益的波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：信号采集，具体为：/n利用由N个共形线极化阵元组成的极化敏感阵列接收空间中的远场入射窄带信号，获得接收数据矢量x(t)：/nx(t)＝as(t)+n(t)/n式中，a为导向矢量，s(t)为空间信号矢量，n(t)为阵列的噪声数据矢量；/n步骤二：利用极化MUSIC算法，根据接收数据矢量x(t)估计出DOA和极化参数

【技术特征摘要】
1.一种提高分布式极化敏感阵列发射增益的波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：信号采集，具体为：
利用由N个共形线极化阵元组成的极化敏感阵列接收空间中的远场入射窄带信号，获得接收数据矢量x(t)：
x(t)＝as(t)+n(t)
式中，a为导向矢量，s(t)为空间信号矢量，n(t)为阵列的噪声数据矢量；
步骤二：利用极化MUSIC算法，根据接收数据矢量x(t)估计出DOA和极化参数其中，为估计出的信号DOA参数，(γ0,η0)为估计出的信号极化参数；
步骤三：当加权矢量对所需目标方向的信号同相相加时得到最大信号增益，根据空间匹配滤波器原理计算加权矢量w；
步骤四：数字波束形成，具体为：
根据加权矢量w对N个阵元的发射信号进行加权求和，即调整各路相位得到其输出为：



式中，表示所有阵元未做加权前的干扰信号，w表示发射阵列加权矢量，为步骤二中估计出的DOA和极化参数，表示N个阵元对空间中某目标的联合导向矢量。


2.根据权利要求1所述的一种提高分布式极化敏感阵列发射增益的波束形成方法，其特征在于：步骤一所述导向矢量a具体为：



其中，为信号的实际DOA参数，(γm,ηm)信号的实际极化参数，为第n个阵元处信号形成的空间延迟，n＝1,2，...,N，整个矩阵为信号的阵元空间相位矩阵，其中，假设第n个阵元位于xoy平面，以坐标原点为参考点，信号到达该阵元相对于参...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，赵立鹏，郭沐然，史林，申梦雨，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23