一种极化敏感fda雷达及其波束形成方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及Π )Α雷达技术领域，尤其涉及一种极化敏感FDA雷达及其波束形成方法 和装置。
【背景技术】
[0002] 频控阵雷达(FDA，Frequency Diverse Radar)在同一时间对不同阵元上的发射信 号施加了不同的频率差，即：每个阵元发射出去的信号的中心频率不相同。这些发射出去的 信号在空间上相互叠加，会使FDA雷达波束在空间上呈现出某些距离角度位置上加强，其他 距离角度位置上减弱的特性。
[0003] FDA雷达的阵元的排列方式可以是将多个阵元排列在一条直线上，即：以线阵方式 排列。
[0004] 现有的Π )Α雷达发射信号波束加强的位置呈带状，这种样式的发射信号波束决定 了FDA雷达在判定目标的距离和角度时会出现相互依赖性，即：如果不知道距离大小就无法 估计出角度的大小，同样，不知道角度的大小也无法估计出距离的大小。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种极化敏感Π )Α雷达及其波束形成方法和装置，以解决 现有技术中存在的上述距离和角度相互依赖的问题。
[0006] 本发明的一个实施例提供了 一种极化敏感FDA雷达，包含多个阵元，多个阵元中的 每一个上包含至少一个电偶极子或至少一个磁偶极子。
[0007] 本发明的另一个实施例提供了一种用于极化敏感Π )Α雷达的波束形成方法，极化 敏感FDA雷达包含多个阵元，该方法包括:参数设定步骤:设定阵元总数、阵元间距、发射信 号的载波频率、每个阵元的发射信号频偏;偶极子设置步骤:在多个阵元中的每一个上设置 至少一个电偶极子或至少一个磁偶极子;最优加权向量搜索步骤：用凸优化方法搜索最优 加权向量；以及发射波束产生步骤:根据载波频率、频偏和加权向量在相应阵元上产生发射 波束。
[0008] 本法明的又一个实施例提供了一种用于极化敏感Π )Α雷达的波束形成装置，该极 化敏感Π )Α雷达包含多个阵元，该装置包括:参数设定模块，用于设定阵元总数、阵元间距、 发射信号的载波频率、每个阵元的发射信号频偏;偶极子设置模块，用于在多个阵元中的每 一个上设置至少一个电偶极子或至少一个磁偶极子;最优加权向量搜索模块，用于用凸优 化方法搜索最优加权向量；以及发射波束产生模块，用于根据载波频率、频偏和加权向量在 相应阵元上产生发射波束。
【附图说明】
[0009] 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明 的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字 之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附 图中：
[0010] 图1为本发明的极化敏感FDA雷达示意图；
[0011] 图2为本发明的用于极化敏感FDA雷达的波束形成方法的一个实施例的流程图；
[0012] 图3所示为本发明的用于极化敏感Π )Α雷达的波束形成过程中的加权向量搜索步 骤的一个实施例的流程图；
[0013] 图4为本发明的用于极化敏感FDA雷达的波束形成装置一个实施例的示意性框图；
[0014] 图5A为采用现有的FDA产生的雷达发射波束示意图；
[0015] 图5B为采用本发明技术方案产生的雷达发射波束示意图；
[0016] 图6为采用本发明技术方案时的输入信噪比与输出信干比曲线和采用现有技术方 案时的输入信噪比与输出信干比曲线对比示意图。
[0017] 在附图中，使用相同或类似的标号来指代相同或类似的元素。
【具体实施方式】
[0018] 现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和 描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范 围。
[0019] 如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种极化敏感Π )Α雷达100,雷达100可以 包含多个阵元（图1中用一个黑色方块表示一个阵元），多个阵元中的每一个上可以包含有 至少一个电偶极子或至少一个磁偶极子。这多个阵元可以排列在一条直线上并且相互之间 的间距可以相等。
[0020] 在本发明的一个实施例中，电偶极子可以位于图1中的虚线所示的X轴方向或Y轴 方向或Z轴方向，磁偶极子也可以位于图1中的虚线所示的X轴方向或Y轴方向或Z轴方向。 [0021 ]在本发明的一个实施例中，多个阵元中的每一个上最多可以包含有三个有效电偶 极子和三个有效磁偶极子。这三个有效电偶极子可以分别位于X轴方向、Y轴方向和Z轴方 向，这三个有效磁偶极子可以分别位于X轴方向、Y轴方向和Z轴方向。也就是说，一个阵元上 最多可以包含六个有效极子。所谓有效电偶极子，指的是虽然某一个阵元上可以包含3个以 上的电偶极子，但是其中有效的电偶极子只有三个，其他的都是冗余的。有效磁偶极子的概 念也类似于有效电偶极子的概念。
[0022] 在本发明的一个实施例中，多个阵元中的每一个的编号可以自基准阵元开始依次 递增，每一个阵元的发射信号的频偏可以与该编号的二次方成正比。例如，参考图1，如果将 最左边的阵元(坐标原点处的阵元)作为基准阵元，则可以从左到右将所有阵元按照依次递 增的方式编号为1、2、3···、Μ。因此，任一阵元的频偏可以通过如下公式计算得到：
[0023] Δ fm= (m-1 )2 Af,m=l,2, . . . ,Μ-1
[0024] 其中，A fm表示编号为m的阵元的频偏，△ f为预先设定的基准频偏，Μ表示阵元的 总数。
[0025]至此描述了根据本发明实施例的极化敏感FDA雷达。对比图5Α和图5Β可以看出，用 现有的FDA雷达产生的发射波束能量集中于一些带状区域（图5Α中的501、502、503、504等区 域），因此具有明显的距离一角度依赖性。而根据本发明雷达产生的发射信号波束的能量更 为集中（图5B中的505、506区域），可以被聚焦于期望的目标位置，能够克服现有FDA雷达产 生的发射波束的距离角度相互依赖的问题。
[0026]参考图2,图2为本发明的用于极化敏感FDA雷达的波束形成方法的一个实施例200 的流程图。图2所示的实施例200可以包含如下步骤201至205。
[0027]步骤201是参数设定步骤:设定阵元总数、阵元间距、发射信号的载波频率、每个阵 元的发射信号频偏。
[0028]在本发明的一个实施例中，阵元总数可以是8个，阵元间距可以是d = 0.5米，发射 信号的载波频率可以是f〇 = 2X109Hz。
[0029] 在本发明的一个实施例中，多个阵元中的每一个的编号可以自基准阵元开始依次 递增，每一个阵元的发射信号的频偏可以与该编号的二次方成正比。例如，参考图1，如果将 最左边的阵元(坐标原点处的阵元)作为基准阵元，则可以从左到右将所有阵元按照依次递 增的方式编号为1、2、3···、Μ。因此，任一阵元的频偏可以通过如下公式计算得到：
[0030] Δ fm= (m-1 )2 Af,m=l,2, . . . ,Μ-1
[0031] 其中，A fm表示编号为m的阵元的频偏，△ f为预先设定的基准频偏，Μ表示阵元的 总数。
[0032] 步骤202是偶极子设置步骤:在多个阵元中的每一个上设置至少一个电偶极子或 至少一个磁偶极子。
[0033] 在本发明的一个实施例中，可以在每一个阵元上设置至少一个电偶极子或者在每 一个阵元上设置至少一个电偶极子。
[0034] 在本发明的一个实施例中，电偶极子可以位于图1中的虚线所示的X轴方向或Υ轴 方向或Ζ轴方向，磁偶极子也可以位于图1中的虚线所示的X轴方向或Υ轴方向或Ζ轴方向。 [0035]在本发明的一个实施例中，多个阵元中的每一个上最多可以包含有三个有效电偶 极子和三个有效磁偶极子。这三个有效电偶极子可以分别位于X轴方向、Υ轴方向和Ζ轴方 向，这三个有效磁偶极子可以分别位于X轴方向、Υ轴方向和ζ轴方向。也就是说，一个阵元上 最多可以包含六个有效极子。所谓有效电偶极子，指的是虽然某一个阵元上可以包含3个以 上的电偶极子，但是其中有效的电偶极子只有三个，其他的都是冗余的。有效磁偶极子的概 念也类似于有效电偶极子的概念。
[0036] 步骤203是最优加权向量搜索步骤