多径条件下共形阵mimo雷达系统的发射波形设计方法_2

文档序号:9325797阅读:来源:国知局
的期望的方向角和俯仰角,简称期望方向角和期望俯仰角;并设定共形阵 MHTO雷达系统的期望的发射方向图Bp在方位维的主瓣宽度w e和俯仰维的主瓣宽度
[0028] 3. 3根据共形阵天线的第i个阵元相对于共形阵天线相位中心的相位补偿 矜(良的,以及共形阵天线的第i个阵元的电场强度巧:(氣#,计算没有多径时共形阵MM) 雷达系统的发射方向图B 1, B1中位于第Ii1行第η 2列的元素 B Jivn2)为:
[0029]
[0030] 其中, 分别表示共形阵 MHTO雷达系统的方位角取巧且俯仰角取死2时,共形阵天线的第i个阵元的电场强度和第 i个阵元相对于共形阵天线相位中心的相位补偿;/々(0.?)表示期望方位角为Θ d且期望 俯仰角为私时,共形阵天线的第i个阵元相对于共形阵天线相位中心的相位补偿;i = 1, 2,…,N,N为共形阵天线的阵元个数;I · I表示取模,(· Γ表示取共辄;
[0031] 3. 4如果以下两个不等式成立,则共形阵MMO雷达系统的期望的发射方向图Bp中 位于第Ii1行第η 2列的元素 B P(Ivn2) = B1 Ovn2),否则,BpOvn2) = 0,所述两个不等式为:
[0034] 步骤4,根据共形阵M頂0雷达系统的期望的发射方向图Βρ,构建共形阵M頂0雷达 系统的波形矩阵S的设计准则;
[0035] 步骤4的具体子步骤为:
[0036] 4. 1设定共形阵MMO雷达系统的发射波形的码元长度Ns,则共形阵MMO雷达系统 的波形矩阵SSNsXN维的复矩阵,S= [S1,…,S1,…,sN],其中,Sl为共形阵天线的第i 个阵元的发射波形,i = 1,2, -·,Ν,Ν为共形阵天线的阵元个数,(·) Τ表示转置;
[0037] 4. 2计算存在多径时共形阵MMO雷达系统的发射方向图Bs,Bs中位于第n i行第η 2 列的元素 Bs(I^n2)为:
[0038]
[0039] 其中,Ii1= 1,2,…,N 0,仏和义分别为方向角向量和俯仰角向 量的维数;尔心和MU)分别表示共形阵M頂0雷达系统的方位角取:?且俯仰角 取代2时,共形阵天线的第i个阵元的电场强度和第i个阵元相对于共形阵天线相位中心的 相位补偿;和β w分别表示共形阵天线的第i个阵元的第m个多径点的辐射强度和散 射幅度;戎」表示共形阵M頂0雷达系统的方位角取%且俯仰角取%时,共形阵天 线的第i个阵元的第m个多径点相对于共形阵天线相位中心的相位补偿;Slk为共形阵MIMO 雷达系统的波形矩阵S中位于第k行第i列的元素 ,k = 1,2,…,Ns,队为共形阵MMO雷 达系统的发射波形的码元长度;i = l,2,·*·,Ν,Ν为共形阵天线的阵元个数,m=l,2,…, M1, M1为共形阵天线的第i个阵元包含的多径点个数;I · I表示取模;
[0040] 4. 3根据共形阵MMO雷达系统的期望的发射方向图Bp、存在多径时共形阵MMO雷 达系统的发射方向图Bs,构建共形阵MMO雷达系统的波形矩阵S的设计准则为:
[0043] 其中,Bp(ηι,η2)为共形阵MMO雷达系统的期望的发射方向图B p中位于第n i行第 n2列的元素,min表示最小化,max表示取最大值,s. t.表示约束条件;Φ为共形阵MIMO雷 达系统的波形矩阵S的相位矩阵,S = exp (jC>),j表示虚数单位,α为系数变量,Ii1= 1, 2,…,Ne,A , I · I 表不取模。
[0044] 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S s
[0045] 共形阵MMO雷达系统的波形矩阵S的设计准则是一个极小极大优化问题,根据该 设计准则,能够使用现有的优化算法,例如:模拟退火算法、遗传算法和序列二次规划算法 等,求解得到最终的共形阵MMO雷达系统的波形矩阵。本发明实例中,使用序列二次规划 算法求解最终的共形阵MIMO雷达系统的波形矩阵,参照图2,具体步骤为:
[0046] 5. 1设置迭代的总次数N。,设置最小误差值e_的初始值为无穷大,设置迭代次数 η。= 1,设置最优相位矩阵Φ的初始值为全零矩阵;
[0047] 5. 2初始化共形阵M頂0雷达系统的第η。次迭代的波形矩阵8~的相位矩阵Φ (r〇, 并初始化第η。次迭代的系数变量a (n J,即将Φ (η。)中的每个元素设置为在0~2 π间取 值的一个随机值,将a (r〇设置为大于零的随机值;
[0048] 5. 3根据共形阵MMO雷达系统的波形矩阵S的设计准则,运用序列二次规划算法 对共形阵Mnro雷达系统的第η。次迭代的波形矩阵S~的相位矩阵Φ (r〇进行优化,求解得 到第η。次迭代的优化后的相位矩阵Φ ' (n J ;
[0049] 5. 4比较第η。次迭代的优化后的相位矩阵Φ ' (η的目标函数值
巨最小误差值emin的大小,如果_
小于e_,则令
并将Φ' (η。)赋值给最优相位矩阵 否则,忽略第η。次循环的优化后的相位矩阵Φ ' (n J ;
[0050] 其中,B? (%%)为存在多径时共形阵M頂0雷达系统的第nc次迭代的发射方向图 中位于第ηι行第η 2列的元素,)的表达式为:
[0051]
[0052] 其中,Ii1= 1,2,…,N e,% …,Ne和^分别为方向角向量和俯仰角向 量的维数I
Ov别表示共形阵MMO雷达系统的方位角取怂且俯仰角 取时,共形阵天线的第i个阵元的电场强度和第i个阵元相对于共形阵天线相位中心的 相位补偿;和β w分别表示共形阵天线的第i个阵元的第m个多径点的辐射强度和散 射幅度;A.,,, (A忒」表示共形阵M頂0雷达系统的方位角取< 且俯仰角取氣2时,共形阵天 线的第i个阵元的第m个多径点相对于共形阵天线相位中心的相位补偿;泣为共形阵MIMO 雷达系统的第η。次迭代的波形矩阵g~中位于第k行第i列的元素
=1,2,…,^,队为共形阵MMO雷达系统的发射波形的码元长度;i = 1,2,"·,Ν,Ν为共 形阵天线的阵元个数,m = 1,2,…,M1, M1为共形阵天线的第i个阵元包含的多径点个数; ? I表不取模;
[0053] 5. 5若迭代次数η。小于N。,令η。增加1,返回步骤5. 2 ;否则,迭代结束,将最优相 位矩阵Φ作为最终的共形阵MMO雷达系统的波形矩阵的相位矩阵,进而得到最终的共形 阵M頂0雷达系统的波形矩阵δ,S = cx.p (./Φ)。
[0054] 本发明的效果可通过以下仿真实验作进一步说明:
[0055] 1)仿真条件:
[0056] 共形阵MMO雷达系统参数:参照图3,共形阵天线为圆弧阵,圆弧半径为57. 3cm, 包含8个阵元,每个阵元均采用微带天线,阵元弧长间距为5cm,阵元间的角度间隔为5° ; 共形阵MMO雷达系统的载频为3GHz,波长为10cm,方位维的探测范围为[-72°,72° ];共 形阵天线的每个阵元包含两个多径点,每个多径点的位置为随机产生,每个多径点的散射 幅度为在〇~1间取值的随机值。
[0057] 其他仿真参数:共形阵MMO雷达系统的发射波形的码元长度为128,将方位维的 探测范围[-72°,72° ]以0.5°为间隔均匀离散,循环的总次数为10。
[0058] 2)仿真内容及分析:分别绘制并比较以下四种发射方向图:共形阵MMO雷达系统 的发射波形的发射方向图,如图4中的实线所示;优化发射波束形成导向向量得到的发射 方向图,如图4中的点线所示;存在多径时共形天线的发射方向图,如图4中的点划线所示; 没有多径时共形阵天线的发射方向图,如图4中的虚线所示。
[0059] 从图4中可以看出,与没有多径时共形阵天线的发射方向图相比,存在多径时共 形阵天线的发射方向图的旁瓣明显升高;在存在多径的条件下,通过优化发射波束形成导 向向量,可以降低发射方向图的旁瓣,但是该旁瓣仍然高于没有多径时共形阵天线的发射 方向图的旁瓣,并主瓣位置发生了偏移;在存在多径的条件下,通过优化共形阵MHTO雷达 系统的发射波形,可以显著降低发射方向图的旁瓣,并且该旁瓣远低于没有多径时共形阵 天线的发射方向图的旁瓣,同时,保持主瓣位置不变,并使主瓣宽度变窄,主瓣指向性更好。
[0060] 综上所述,在存在多径的条件下,运用本发明方法得到的共形阵MMO雷达系统的 发射波形,其发射方向
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