大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法
【专利摘要】本发明公开了一种大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法，主要解决现有方法不能实现瞬时发射任意多波束信号及雷达发射能量利用率不高的问题。其实现步骤是：1，确定集中式MIMO雷达的发射天线的阵元个数及需要探测的方位角；2，根据各个探测方位角发射能量的比例和总的码元个数，确定正交雷达波形的码元个数；3，由确定的正交雷达波形的码元个数，选取正交雷达波形集合Q；4，从波形集合Q中选取发射信号并发射该信号，直至波形集合Q中所有码元被全部发射完。本发明能够实现瞬时发射任意多波束正交雷达波形，并且在满足给定方向上发射能量的比例时，有效提高雷达发射能量的利用率，可用于雷达对运动目标的探测跟踪。
【专利说明】大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达【技术领域】，具体的说是一种发射任意多波束的方法，可用于大型相控阵雷达发射正交信号。
【背景技术】
[0002]多输入多输出MMO雷达是一种新兴的有源探测技术，现已成为雷达【技术领域】的一个研究热点。根据发射天线和接收天线的间距大小，可以将MMO雷达分为分布式MMO雷达和集中式MIMO雷达两类。对于集中式MIMO雷达，其特点是收发天线的阵元间距较小，而且集中式MIMO雷达发射天线的每个阵元可以发射不同的波形，若发射方向图是全向的，此时集中式MMO雷达发射的波形是正交的。目前，对集中式MMO雷达波形设计已进行了深入研究。
[0003]现有的正交波形设计方法，主要是根据集中式MMO雷达发射天线阵元的个数，设计相应个数的正交波形。一个有意义的实际工程问题是如何在现有相控阵雷达中实现MMO工作方式。现有相控阵雷达通常阵元个数较多，如果每个阵元独立发射相互独立脉冲编码信号时，可能会存在以下两个问题:第一，由于每个发射天线需要独立的信号源，以至于每个发射天线发射机制的复杂度会大幅增加；第二，如果对每个独立阵元发射的相互独立脉冲编码信号进行优化，由于自由变量个数等于发射天线个数乘以每个波形的码元个数，如此多自由变量的优化问题目前缺乏有效的优化手段，而且计算量较大，因此无法实现发射任意方向的信号，并且在给定方向发射能量的比例时，难以提高雷达发射能量的利用率。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于针对上述问题，提出了一种大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法，以实现无优化过程的单脉冲多波束信号的发射，提高在给定方向发射能量比例时雷达发射能量的利用率。
[0005]实现本发明的技术思路是:根据雷达发射波形个数和各个正交雷达波形的码元个数，从给定的正交波形库中选取对应的正交雷达波形，采用大型相控阵雷达发射机制实现瞬时发射任意多波束正交雷达波形，并结合能量优化分配算法，在给定方向上发射能量的比例时有效提高雷达发射能量的利用率。
[0006]根据上述思路，本发明下技术方案包括如下步骤:
[0007](I)根据集中式MIMO雷达系统确定其发射天线的阵元个数N，并按照实际需要确定进行探测的方位角士和探测的方位角个数Ne，其中i e [l，Ne]，正交雷达波形的个数等于探测方位角的个数Ne ；
[0008](2)由实际给定的探测方位角发射能量的比例，确定对应方向发射波形信噪比的比例，然后根据对应方向发射波形信噪比的比例，确定对应方向发射的正交雷达波形的码元个数分别为?:，...，'，...^^，其中'为波形Si总的码元个数，i e [I, N0], Νθ为探测的方位角个数；
[0009](3)根据步骤(2)得到的各个方位角发射的正交雷达波形的码元个数，从给定的正交波形库中选取对应的正交雷达波形集合口二^七’…七’…^^其中i e [I,Νθ],Νθ为探测的方位角个数；
[0010](4)记正交雷达波形集合Q各个波形已发射的码元个数集合为￥ = {“..木_,..\ \，从个数集合P中选取一个元素记为匕，令匕自加1，其中i e [I,N0],Ne为探测的方位角个数；
[0011](5)发射正交雷达波形集合Q中波形Si的第ki个码元，并判断该方向码元是否全部发射结束■?執<Ν、，则该方向码元没有全部发射完，返回步骤(4)，其中为波形Si总的码元个数；若A ，则该方向码元已全部发射完，将ki从个数集合P中舍去并转到步骤
(6)；
[0012](6)判断舍去元素Iii后个数集合P是否为空集:若此时个数集合P为空集，则结束发射；若此时个数集合P为非空集，则返回步骤(4)。
[0013]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0014]a)本发明由于离线构造好了正交雷达波形库，可以根据正交雷达波形个数和各个正交雷达波形的码元个数，从构造好的正交波形库中选取对应的正交雷达波形，所以本发明无需进行波形设计；
[0015]b)本发明由于给出了在一个发射周期内发射任意波束指向的信号发射机制并且该发射机制无需优化，所以本发明可以实现任意方向性信号的产生。
[0016]c)本发明由于通过给定的探测方位角上发射能量的比例，得到探测方位角上信噪比的比例，然后根据得到的探测方位角上信噪比的比例进行码元的合理分配，使发射的方向图能够更好的逼近期望发射方向图，所以本发明能够有效提高雷达发射能量的利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明:
[0018]图1是本发明的实现总流程图；
[0019]图2是本发明构造发射信号的子流程图；
[0020]图3是本发明给定方向上发射能量的比例为1:1:3的发射方向图；
[0021]图4是本发明给定方向上发射能量的比例为4:5:11的发射方向图。
【具体实施方式】
[0022]参照图1，本发明的实现步骤如下:
[0023]步骤1，确定集中式MMO雷达的发射天线的阵元个数N，需要探测的方位角?… ，探测的方位角个数N0和正交雷达波形的个数，其中i e [I,N0Jo
[0024]根据实际的集中式MMO雷达系统得到发射天线的阵元个数N，且发射天线是半波间距的均匀线阵。
[0025]根据实际探测需求确定Ne个探测方位角分别为…久?，且正交雷达波形的个数等于探测方位角的个数Ne，其中i e [I,Νθ]ο
[0026]步骤2，确定正交雷达波形的码元长度。
[0027]由于实际已知的各个探测方位角发射能量的比例在数值上可看做对应方向上所需信噪比的比例，且发射正交雷达波形的总的码元个数是固定的为Nsim，故可根据正交雷达
r (I Nλ、
波形的码元个数公式
【权利要求】
1.一种大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法，包括以下步骤:(1)根据集中式MIMO雷达系统确定其发射天线的阵元个数N，并按照实际需要确定进行探测的方位角^和探测的方位角个数Ne，其中i e [l，Ne]，正交雷达波形的个数等于探测方位角的个数Ne ；(2)由实际给定的探测方位角发射能量的比例，确定对应方向发射波形信噪比的比例，然后根据对应方向发射波形信噪比的比例，确定对应方向发射的正交雷达波形的码元个数分别为?:，...，'，...#、，其中'为波形sj、的码元个数，i e [I,Νθ], Νθ为探测的方位角个数； (3)根据步骤(2)得到的各个方位角发射的正交雷达波形的码元个数，从给定的正交波形库中选取对应的正交雷达波形集合Q = Is1,S2，…，Si，…S& I，其中i e [I,Ne],Ne为探测的方位角个数； (4)记正交雷达波形集合Q各个波形已发射的码元个数集合为P= ^為，…Λ，j、,j，从个数集合P中选取一个元素记为!^，令匕自加1，其中i e [I,Νθ], Νθ为探测的方位角个数；(5)发射正交雷达波形集合Q中波形Si的第h个码元，并判断该方向码元是否全部发射结束:若大< K,，则该方向码元没有全部发射完，返回步骤(4)，其中#为波形Si总的码元个数 '若K=N则该方向码元已全部发射完，将h从个数集合P中舍去并转到步骤(6)； (6)判断舍去元素Iii后个数集合P是否为空集:若此时个数集合P为空集，则结束发射；若此时个数集合P为非空集，则返回步骤(4)。
2.根据权利要求1所述的大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法，其中步骤(4)所述的从个数集合P中选取一个元素记为ki;是根据实际发射顺序的要求进行选取，即选取方式为随机选取或按预先设定好的顺序选取。
3.根据权利要求1所述的大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法，其中步骤(5)所述的发射正交雷达波形集合Q中波形Si的第Ici个码元，按如下步骤发射: 3a)将正交雷达波形集合Q发射波形Si的第h个码元记为Si CO，集中式MIMO雷达发射天线的N个阵元的信号源同时输出码元Si CO ； 3b)对于探测方位角Qi，得到各天线发射的信号矢量为SiQOa(Qi)；3c)通过集中式MIMO雷达天线将所述的信号矢量SiGOa(Qi)发射出去，发射后在方位角Qi*的发射信号为WPDsiGOaPi) =NSi (ki)，其中导向矢量a⑷(.)Η表示(.)的共轭转置，i e [1,ΝΘ],ΝΘ为探测的方位角个数，N为发射天线的阵元个数。
【文档编号】G01S7/282GK104166123SQ201410455124
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】刘宏伟, 周生华, 徐磊磊, 臧会凯, 曹鼎 申请人:西安电子科技大学