一种频率分集-相控阵制造技术

本发明专利技术公开了一种频率分集

【技术实现步骤摘要】
一种频率分集
‑
相控阵MIMO雷达的阵列优化方法


[0001]本专利技术属于雷达
，具体涉及一种频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达的阵列优化方法
。

技术介绍

[0002]MIMO(Multiple input multiple output
，多输入多输出
)
雷达由于采用了波形分集技术，拥有许多传统相控阵雷达所无法比拟的优越性，如可以获得更多的自由度和更加灵活的工作模式，但当阵列规模较大时，雷达系统在波形设计
、
信号处理方面的复杂度就会上升，并且会损失相干处理增益，因此，很多应用场景中将相控阵雷达和
MIMO
技术结合，被称为“相控阵
MIMO
雷达”，该类型雷达把发射阵列划分成若干个可重叠的子阵，各个子阵内发射相参信号，子阵之间发射正交信号，实现了相控阵雷达和
MIMO
雷达的结合，可同时获得相干处理增益和波形分集增益，相控阵
MIMO
雷达可通过调整子阵列灵活优化性能
。
然而相控阵
MIMO
雷达无法获取距离维自由度，如何拓展其参数估计性能
、
研究相控阵
MIMO
体制雷达的高精度探测方法成为需要
。
[0003]A.Hassanien
等人
(A.Hassanien,and S.A.Vorobyov,“Phased
‑
MIMO radar:A tradeoff between phased
‑
array and MIMO radars,”IEEE Trans.Signal Process.,vol.58,no.6,pp.3137
–
3151,2010.)
提出了相控阵
MIMO
雷达的概念，考虑子阵列间波形正交
、
子阵列内波形相同的特点，通过调整子阵列可灵活优化性能，然而他们仅仅考虑了常规阵列，无法获得距离维自由度
。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术中的缺点，本专利技术的目的在于提供一种频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达的阵列优化方法，通过建立频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达信号模型，基于最小化克拉美罗界
CRLBs
准则对子阵数量和发射权值矩阵进行优化，能够实现频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达的高精度探测，以解决频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达子阵划分和阵列权矢量分配的技术问题，同时降低计算复杂度，实现目标的距离角度联合估计；与现有技术相比，本专利技术的灵敏度和灵活性更高
。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达的阵列优化方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：基于频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达信号模型，获得发射端的发射信号
s(t)
和接收端的接收信号
y
n
(t)
；
[0008]步骤2：对步骤1中接收端第
n
个阵元的接收信号
y
n
(t)
进行数字混频和匹配滤波，得到
N
个阵元的滤波器输出信号
y
s
；
[0009]步骤3：根据步骤2得到的
N
个阵元的滤波器输出信号
y
s
，建立
Fisher
信息矩阵
FIM
；
[0010]步骤4：根据步骤3建立的
Fisher
信息矩阵
FIM
，基于最小化克拉美罗界准则，对步骤1中的发射端预设权矩阵
W
和子阵数
L
进行阵列优化，得到优化后的子阵数量和发射优化
权矩阵
[0011]所述步骤1的过程如下：
[0012]步骤
1.1
：假设频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达发射端的发射阵列为均匀线性阵列，该阵列包含
M
个发射阵元，且发射阵元间距等于发射信号波长的一半；对均匀线性阵列进行重叠子阵划分，即将
M
个发射阵元划分为
L
个重叠子阵，每个重叠子阵中发射相同波形，
L
个不同子阵发射的信号波形相互正交，同时在相邻的子阵之间引入一个频率增量
Δ
f
，通常情况下，频率增量
Δ
f
远远小于雷达发射信号的载波频率
f
l
，第
l(l
＝
1,2,...,L)
个子阵的载波频率
f
l
为：
[0013]f
l
＝
f1+(l
‑
1)
Δ
f
[0014]其中，
f1为参考载波频率，即第一个子阵的载波频率，
Δ
f
为频率增量；
[0015]基于各子阵的载波频率
f
l
，在第
t
时刻，
L
个子阵的总发射信号
s(t)
表示如下：
[0016][0017]其中，
T
p
为雷达脉冲重复周期，
t
表示时间序列，
E
为总发射能量，
u(
·
)
表示阵元的发射信号的脉冲函数，发射信号的脉冲函数，表示发射端预设权值矩阵，
[0018]表示第
l
个子阵的权矢量；
[
·
]T
表示转置；
[0019]表示总发射信号
s(t)
中满足正交要求的
L
个波形向量，
Φ1(t)、
Φ2(t)、
…
、
Φ
L
(t)
表示第
1、2、
…
、L
个正交信号的包络；
[0020]步骤
1.2
：假设频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达接收端的接收阵列有
N
个阵元，目标距离为
R0，目标角度为
θ0，基于步骤
1.1
中
L
个子阵的总发射信号
s(t)
，接收端第
n(n
＝
1,2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达的阵列优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：基于频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达信号模型，获得发射端的发射信号
s(t)
和接收端的接收信号
y
n
(t)
；步骤2：对步骤1中接收端第
n
个阵元的接收信号
y
n
(t)
进行数字混频和匹配滤波，得到
N
个阵元的滤波器输出信号
y
s
；步骤3：根据步骤2得到的
N
个阵元的滤波器输出信号
y
s
，建立
Fisher
信息矩阵
FIM
；步骤4：根据步骤3建立的
Fisher
信息矩阵
FIM
，基于最小化克拉美罗界准则，对步骤1中的发射端预设权矩阵
W
和子阵数
L
进行阵列优化，得到优化后的子阵数量和发射优化权矩阵
W
～
。2.
根据权利要求1所述的一种频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达的阵列优化方法，其特征在于，所述步骤1的过程如下：步骤
1.1
：假设频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达发射端的发射阵列为均匀线性阵列，该阵列包含
M
个发射阵元，且发射阵元间距等于发射信号波长的一半；对均匀线性阵列进行重叠子阵划分，即将
M
个发射阵元划分为
L
个重叠子阵，每个重叠子阵中发射相同波形，
L
个不同子阵发射的信号波形相互正交，同时在相邻的子阵之间引入一个频率增量
Δ
f
，通常情况下，频率增量
Δ
f
远远小于雷达发射信号的载波频率
f
l
，第
l(l
＝
1,2,...,L)
个子阵的载波频率
f
l
为：
f
l
＝
f1+(l
‑
1)
Δ
f
其中，
f1为参考载波频率，即第一个子阵的载波频率，
Δ
f
为频率增量；基于各子阵的载波频率
f
l
，在第
t
时刻，
L
个子阵的总发射信号
s(t)
表示如下：其中，
T
p
为雷达脉冲重复周期，
t
表示时间序列，
E
为总发射能量，
u(
·
)
表示阵元的发射信号的脉冲函数，信号的脉冲函数，表示发射端预设权值矩阵，表示第
l
个子阵的权矢量；
[
·
]
T
表示转置；表示总发射信号
s(t)
中满足正交要求的
L
个波形向量，
Φ1(t)、
Φ2(t)、
…
、
Φ
L
(t)
表示第
1、2、
…
、L
个正交信号的包络；步骤
1.2
：假设频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达接收端的接收阵列有
N
个阵元，目标距离为
R0，目标角度为
θ0，基于步骤
1.1
中
L
个子阵的总发射信号
s(t)
，接收端第
n(n
＝
1,2,...,N)
个阵元接收到的第
l
个子阵列的发射信号的回波信号
y
l,n
(t)
表示如下：其中，
ξ
为复回波振幅，为发射信号来回传播时间，
d
为阵元间距，
c
为光速，
(
·
)
H
表示共轭转置
,
表示发射端第
l
个子阵的发射导向矢量，
λ
l
＝
c/f
l
为第
l
个子阵发射信号的波长；因此，接收端第
n
个阵元的接收信号
y
n
(t)
表示如下：其中，
y
l,n
(t)
为接收端第
n(n
＝
1,2,...,N)
个阵元接收到的第
l
个子阵列的发射信号的回波信号
。3.
根据权利要求1所述的一种频率分集
‑
相控阵
MIMO
雷达的阵列优化方法，其特征在于，所述步骤2的过程如下：对步骤1中接收端第
n
个阵元的接收信号
y
n
(t)
进行数字混频和匹配滤波，得到接收端第
n
个阵元接收到滤波器的输出信号个阵元接收到滤波器的输出信号其中，
(
·
)
*
表示共轭，
*
表示卷积，为参考复振幅，表示目标角度
θ0时第
l
个子阵的发射相干处理增益，
λ1＝
c/f1表示参考波长；根据接收端第
n
个阵元接收到滤波器的输出信号计算得到接收端第
n
个阵元接收到所有滤波器的输出信号
y
n
：根据接收端第
n
个阵元接收到所有滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱圣棋，叶航，魏法，李西敏，杨标，余坤，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：