多径条件下共形阵mimo雷达系统的发射波形设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种多径条件下共形阵MMO雷达系统的发 射波形设计方法，用于在多径条件下设计共形阵Mnro雷达的发射方向图。
【背景技术】
[0002] 共形阵天线是指阵列表面与载体平台外形相吻合的阵列天线。与传统的平面阵 天线相比，共形阵天线的特殊阵列流形使其各个阵元的朝向与阵元载体平台的曲面法向保 持一致，从而使共形阵天线的波束扫描范围从平面阵天线通常能扫描到的±60°立体角的 范围扩展到±90°立体角的范围，甚至扩展到全空间覆盖，可以显著提高雷达的视场范围； 另外，共形阵天线能够与高速飞行载体，诸如战斗机、导弹、卫星等充分共形，而不会影响高 速飞行载体的外形设计；因此，共形阵天线不仅能够大幅度降低飞行载体的雷达散射截面 积（RCS)，提高雷达在现代复杂电磁环境中的抗电磁干扰能力，而且还能满足飞机、导弹等 飞行载体在高速飞行时的空气动力外形结构要求，能够降低飞行载体的空气阻力，极大提 高了飞行载体的生存力与战斗力。鉴于共形阵天线的上述诸多优点，各国科研人员已经对 共形阵雷达系统进行了大量研究。以色列研制的费尔康预警机曾被公认为是运用共形阵天 线最成功的实例之一；以色列在此基础上研制了费尔康预警机的升级版-海雕预警机，该 预警机同样采用了共形阵天线技术；美国的F-22和F-35战斗机也都使用了共形阵天线技 术；王小谟院士在谈到我国的预警机发展趋势时表示：以后我国的预警机将采用共形阵天 线技术。
[0003] 但是，目前针对共形阵雷达系统的研究主要是针对共形相控阵雷达的研究，研究 内容主要包括共形阵相控雷达的阵元布阵、自适应波束形成和共形阵相控雷达的空域信号 处理等内容。由于共形阵天线主要安装在飞行载体上，而飞行载体一般都具有较大的飞行 翼等突出结构，因此，共形阵天线在发射信号时会存在严重的多径问题。由于多径问题的存 在，使共形阵天线的发射方向图会出现旁瓣升高和主瓣变形等问题，严重降低共形阵雷达 系统的探测性能。虽然，共形相控阵雷达可以通过设计、发射波束形成导向矢量来缓解多径 问题造成的影响，但是，效果仍然有限。
【发明内容】
[0004] 针对上述现有技术的不足，本发明的目的在提出一种多径条件下共形阵MMO雷 达系统的发射波形设计方法，能够在多径条件下设计共形阵MMO雷达的发射方向图。
[0005] 实现本发明的技术思路是：首先，给定共形阵MMO雷达系统的探测参数，并给定 共形阵天线的阵元的多径点参数；然后，根据实际探测的需要，确定共形阵MIMO雷达系统 的期望的发射方向图，并根据该发射方向图构建共形阵Mnro雷达系统的波形矩阵s的设计 准则；最后根据该设计准则，使用优化算法求解得到最终的Mnro雷达系统的波形矩阵。
[0006] 为实现上述技术目的，本发明采取以下技术方案予以实现。
[0007] -种多径条件下共形阵MIMO雷达系统的发射波形设计方法，其特征在于，包括以 下具体步骤：
[0008] 步骤1，给定共形阵MMO雷达系统的方位角Θ的探测范围为[Θ _，Θ _]，以及俯 仰角於的探测范围为i设定共形阵天线的阵元个数N，其中，第i个阵元相对于共 形阵天线相位中心的相位补偿为A(久妁，第i个阵元的电场强度为？：+(久供)，i = 1，2,…， N ;所述共形阵MMO雷达系统中包含所述共形阵天线；
[0009] 步骤2,对于共形阵天线的第i个阵元，设定其包含的多径点个数为M1，其中，第m 个多径点的辐射强度为4m，第m个多径点的散射幅度为β ^，第m个多径点相对于共形阵 天线相位中心的相位补偿为
[0010] 步骤3,设定共形阵MMO雷达系统的期望的探测方向（^奶），并设定共形阵MMO 雷达系统的期望的发射方向图在方位维的主瓣宽度W0和俯仰维的主瓣宽度％ ;再根据步 骤1设定的共形阵MMO雷达系统的探测范围和阵元参数、步骤2设定的共形阵天线的阵元 的多径点参数，计算共形阵MIMO雷达系统的期望的发射方向图B p;
[0011] 所述共形阵Mnro雷达系统的探测范围，包括共形阵Mnro雷达系统的方位角的探 测范围以及俯仰角的探测范围；所述共形阵MMO雷达系统的阵元参数，包括共形阵天线的 阵元个数、每个阵元相对于共形阵天线相位中心的相位补偿以及每个阵元的电场强度；所 述共形阵天线的阵元的多径点参数包括共形阵天线的每个阵元包含的多径点个数、每个多 径点的辐射强度、每个多径点的散射幅度以及每个多径点相对于共形阵天线相位中心的相 位补偿；
[0012] 步骤4,根据共形阵MMO雷达系统的期望的发射方向图Bp，构建共形阵MMO雷达 系统的波形矩阵S的设计准则；
[0013] 步骤5,根据共形阵MMO雷达系统的波形矩阵S的设计准则，使用优化算法求解得 到最终的共形阵MHTO雷达系统的波形矩阵| β
[0014] 本发明的有益效果为：本发明的多径条件下的共形阵MMO雷达的波形设计方法， 该方法在多径条件下通过优化共形阵Mnro雷达系统的波形来设计发射方向图，在优化过 程中，相比传统的共形相控阵雷达系统，本发明方法中共形阵天线的每个阵元都可以设计 独立的波形，因而具有更多的自由度，得到了旁瓣更低且主瓣指向性更好的发射方向图。
【附图说明】
[0015] 下面结合【附图说明】和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0016] 图1是本发明的流程图；
[0017] 图2是序列二次规划算法求解最终的共形阵MMO雷达系统的波形矩阵的流程 图；
[0018] 图3是仿真实验的共形阵MIMO雷达系统的共形阵天线的示意图；
[0019] 图4是共形阵MIMO雷达系统的发射波形的发射方向图、优化发射波束形成导向向 量得到的发射方向图、存在多径时共形天线的发射方向图以及没有多径时共形阵天线的发 射方向图的的对比图，横坐标为方位角，单位为度（° )，纵坐标为发射方向图。
【具体实施方式】
[0020] 参照图1，本发明的多径条件下共形阵MMO雷达系统的发射波形设计方法，包括 以下具体步骤：
[0021] 步骤1，给定共形阵MMO雷达系统的方位角Θ的探测范围为[Θ _，Θ _]，以及俯 仰角於的探测范围为kmin，Pmax 设定共形阵天线的阵元个数N，其中，第i个阵元相对于共 形阵天线相位中心的相位补偿为A(Af)，第i个阵元的电场强度为€ (久的，i = 1，2,…， N ;所述共形阵MMO雷达系统中包含所述共形阵天线。
[0022] 步骤2,对于共形阵天线的第i个阵元，设定其包含的多径点个数为M1，其中，第m 个多径点的辐射强度为，第m个多径点的散射幅度为β ^，第m个多径点相对于共形阵 天线相位中心的相位补偿为
[0023] 步骤3,设定共形阵MHTO雷达系统的期望的探测方向(?,?):，并设定共形阵MHTO 雷达系统的期望的发射方向图在方位维的主瓣宽度We和俯仰维的主瓣宽度》P再根据步 骤1设定的共形阵MMO雷达系统的探测范围和阵元参数、步骤2设定的共形阵天线的阵元 的多径点参数，计算共形阵MIMO雷达系统的期望的发射方向图B p;
[0024] 所述共形阵MMO雷达系统的探测范围，包括共形阵MMO雷达系统的方位角的探 测范围以及俯仰角的探测范围；所述共形阵MMO雷达系统的阵元参数，包括共形阵天线的 阵元个数、每个阵元相对于共形阵天线相位中心的相位补偿以及每个阵元的电场强度；所 述共形阵天线的阵元的多径点参数包括共形阵天线的每个阵元包含的多径点个数、每个多 径点的辐射强度、每个多径点的散射幅度以及每个多径点相对于共形阵天线相位中心的相 位补偿；
[0025] 步骤3的具体子步骤为：
[0026] 3. 1将共形阵MMO雷达系统的方位角Θ的探测范围[θ_，θ_]等间隔均匀 离散为Ne维的方位角向量
；将共形阵MMO雷达系统的 俯仰角臀的探测范围
等间隔均匀离散为JVv维的俯仰角向量
，即
为保证获得共形阵MMO雷达系统的期望的发射方向图，所述方位角向 量中相邻元素的间隔（方位角离散角度间隔）、所述俯仰角向量中相邻元素的间隔（俯仰角 离散角度间隔）均应小于等于Γ，在本发明实例中，方位角离散角度间隔和俯仰角离散角 度间隔均取0.5° ;
[0027] 3.2设定共形阵MHTO雷达系统的期望的探测方向（0.灼），Θ#Ρ灼分别为共形 阵MMO雷达系统