一种多相位分级的嵌套阵列天线波束合成方法技术

本申请公开了一种多相位分级的嵌套阵列天线波束合成方法，该方法包括：步骤1，根据嵌套阵列天线发射端中各阵元的位置，确定各阵元的发射信号矢量；步骤2，根据多相位权矢量和发射信号矢量，计算发射信号矢量中的中间参量；步骤3，根据嵌套阵列天线的阵列导向矢量和中间参量，计算嵌套阵列天线的阵元发射信号矩阵；步骤4，根据阵元发射信号矩阵确定嵌套阵列天线发射端的备选天线波束以及对应的方向图，重新执行步骤2，采用遍历的方式，重新确定多相位权矢量，当判定方向图的性能为最优时，将方向图对应的备选天线波束作为嵌套阵列天线发射端的嵌套阵列天线波束。通过本申请中的技术方案，解决了现有波束合成方法无法形成低旁瓣波束的问题。波束的问题。波束的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种多相位分级的嵌套阵列天线波束合成方法


[0001]本申请涉及天线波束合成的
，具体而言，涉及一种多相位分级的嵌套阵列天线波束合成方法。

技术介绍

[0002]阵列天线的波束形成技术，通过信号处理在期望信号方向上形成波束，为了降低旁瓣干扰，该技术希望得到低旁瓣波束。波束形成包括发射端波束形成和接收端波束形成，波束形成指接收端波束形成，通常采用数字波束形成DBF技术，如MVDR、LCMV等。
[0003]目前，已能够将传统相控阵发射波束形成的幅度相位加权移到数字端，作为发射数字波束形成技术。该技术的优点为幅度相位连续可调，易于实现低旁瓣的发射波束。并且，在使用发射数字波束形成技术的同时，通过设置不同的布阵方式，也可以实现低旁瓣的发射波束。
[0004]而现有技术中，嵌套阵列是一种两个或者多个均匀阵列组成的布阵方式，常用于接收端。当嵌套阵列的波束合成方法使用在接收端时，通过对接收信号的二次项，即协方差矩阵进行处理，设计了差分结构以产生虚拟接收阵元，可以显著地增加接收阵列自由度，实现低旁瓣接收波束，在阵元数一定的情况下实现提高阵列孔径，增加波束分辨率。
[0005]但是，对于嵌套阵列天线的发射端而言，由于现有波束合成方法为单相位合成，无法得到嵌套阵列差分矩阵，因此，无法将嵌套阵列布阵用于发射数字波束形成。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于：解决现有波束合成方法无法在发射端形成低旁瓣波束的问题，以使嵌套阵列天线的发射端能够得到高增益低旁瓣的合成波束，提高嵌套阵列天线发射端的波束分辨率。
[0007]本申请第一方面的技术方案是：提供了一种多相位分级的嵌套阵列天线波束合成方法，方法适用于嵌套阵列天线的发射端，方法包括：步骤1，根据嵌套阵列天线发射端中各阵元的位置，确定各阵元的发射信号矢量；步骤2，根据多相位权矢量和发射信号矢量，计算发射信号矢量中的中间参量；步骤3，根据嵌套阵列天线的阵列导向矢量和中间参量，计算嵌套阵列天线的阵元发射信号矩阵；步骤4，根据电场叠加定理和阵元发射信号矩阵，确定嵌套阵列天线发射端的备选天线波束以及嵌套阵列天线波束的方向图，重新执行步骤2，采用遍历的方式，在方向角区间内重新确定多相位权矢量，当判定方向图的性能为最优时，将方向图对应的备选天线波束作为嵌套阵列天线发射端的嵌套阵列天线波束。
[0008]上述任一项技术方案中，进一步地，步骤2中，多相位权矢量的计算过程包括：步骤21，根据各阵元的位置，计算各阵元与嵌套阵列天线中指定的合成点之间的相位差，其中，合成点为各阵元中的任一阵元；步骤22，根据相位差与嵌套阵列天线发射信号的预设波长，确定权矢量系数；步骤23，根据权矢量系数和预设分段方向角，计算多相位权矢量
其中，预设分段方向角为方向角分段映射函数对应的方向角区间的任一值。
[0009]上述任一项技术方案中，进一步地，方向角分段映射函数对应的计算公式为：
[0010][0011]式中，l为预设分段方向角编号，l＝1,2,
…
,L，L为多相位分级对应的预设分段方向角个数，Δθ为设定的波束指向角度分段间隔，u
l
(
·
)为分段函数，预设分段方向角为方向角区间[θ
l
‑
Δθ,θ
l
+Δθ]中的任一值。
[0012]上述任一项技术方案中，进一步地，多相位权矢量的计算公式为：
[0013][0014]式中，x
Δ
为合成点的位置，λ为嵌套阵列天线发射信号的预设波长，x
i
为第i个阵元的位置，i＝1,2,
…
,N，l为预设分段方向角编号，为预设分段方向角，为方向角区间[θ
l
‑
Δθ,θ
l
+Δθ]中的任一值。
[0015]上述任一项技术方案中，进一步地，方向图的计算公式为：
[0016][0017]式中，a
i
(θ)为第i个阵元对应的阵列导向矢量，为第i个阵元第l个预设分段方向角对应的多相位权矢量，N为阵元数量，l＝1,2,
…
,L，L为多相位分级对应的预设分段方向角个数。
[0018]本申请第二方面的技术方案是：提供了一种嵌套阵列天线，该嵌套阵列天线根据如上述第一方面技术方案中任一项所述的多相位分级的嵌套阵列天线波束合成方法确定
发射天线波束。
[0019]本申请的有益效果是：
[0020]本申请中的技术方案，通过引入预设分段方向角，作为嵌套阵列天线的差分项，并通过计算对应的多相位权矢量，进而得出嵌套阵列天线对应的阵元发射信号矩阵，解决了嵌套阵列天线发射端无法得到差分矩阵、无法形成嵌套阵列数字波束的问题，有助于形成低旁瓣波束，并增加了稀疏阵栅瓣与主瓣之间的距离，优化了嵌套阵列天线波束的性能。
[0021]在本申请的一个优选实现方式中，通过分段函数设定预设分段方向角，进而将多相位权矢量设置为多段函数，有助于得到嵌套阵列天线发射端的差分矩阵，并提高了嵌套阵列天线的波束合成效率。
附图说明
[0022]本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0023]图1是根据本申请的一个实施例的多相位分级的嵌套阵列天线波束合成方法的示意流程图；
[0024]图2是根据本申请的一个实施例的6个阵元多相位分级波束合成方向图的立体图；
[0025]图3是根据本申请的一个实施例的6个阵元多相位分级波束合成方向图的俯视图；
[0026]图4是根据本申请的一个实施例的6个阵元多相位分级波束合成方向图的方位角0
°
的方向图切片的示意图。
具体实施方式
[0027]为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
[0028]在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0029]实施例一：
[0030]如图1所示，本实施例提供了一种多相位分级的嵌套阵列天线波束合成方法，方法适用于嵌套阵列天线的发射端，方法包括：
[0031]步骤1，根据嵌套阵列天线发射端中各阵元的位置，确定各阵元的发射信号矢量s
i
(t)；
[0032]本实施例中，以6阵元构成的嵌套阵列天线为例，依据各阵元位置对阵元进行编号，设定各阵元的位置x
i
＝{λ/2,λ,3λ/2,2λ,4λ,6λ}，阵元编号i＝1,2,
…
,N，N为阵元数量，N＝6，其中，λ为嵌套阵列天线发射信号的预设波长。阵元i的发射信号矢量s
i
(t)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多相位分级的嵌套阵列天线波束合成方法，其特征在于，所述方法适用于嵌套阵列天线的发射端，所述方法包括：步骤1，根据所述嵌套阵列天线发射端中各阵元的位置，确定各所述阵元的发射信号矢量；步骤2，根据多相位权矢量和所述发射信号矢量，计算所述发射信号矢量中的中间参量；步骤3，根据所述嵌套阵列天线的阵列导向矢量和所述中间参量，计算所述嵌套阵列天线的阵元发射信号矩阵；步骤4，根据电场叠加定理和阵元发射信号矩阵，确定嵌套阵列天线发射端的备选天线波束以及所述嵌套阵列天线波束的方向图，重新执行所述步骤2，采用遍历的方式，在方向角区间内重新确定所述多相位权矢量，当判定所述方向图的性能为最优时，将所述方向图对应的备选天线波束作为所述嵌套阵列天线发射端的嵌套阵列天线波束。2.如权利要求1所述的多相位分级的嵌套阵列天线波束合成方法，其特征在于，所述步骤2中，所述多相位权矢量的计算过程包括：步骤21，根据各阵元的位置，计算各阵元与嵌套阵列天线中指定的合成点之间的相位差，其中，合成点为各阵元中的任一阵元；步骤22，根据所述相位差与嵌套阵列天线发射信号的预设波长，确定权矢量系数；步骤23，根据所述权矢量系数和所述预设分段方向角，计算多相位权矢量其中，所述预设分段方向角为方向角分段映射函数对应的方向角区间的任一值。3.如权利要求2所述的多相位分级的嵌套阵列天线波束合成方法，其特征在于，所述方向角分段映射函数对应的计算公式为：式中，l为预设分段方向角...

【专利技术属性】
技术研发人员：马秀荣，单云龙，达新宇，
申请(专利权)人：阳光学院，
类型：发明
国别省市：