一种基于平面相控阵子阵级抗干扰实现方法与流程

1.本发明涉及相控阵天线领域中波束形成抗干扰算法，特别适用于平面相控阵天线的子阵级波束形成抗干扰领域。


背景技术：

2.波束形成是用一定形状的波束来通过有用信号或者需要方向的信号，并抑制不需要方向的干扰，即给系统构建一个信号的空域滤波器。在工程中常在阵元级或者子阵级将信号进行模数转换，通过各级的数字接收机后将信号在信号处理器或者fpga中加权求和，在一段时间内将天线阵列波束“导向”到期望方向，得到方向图。
3.在阵列信号处理自适应数字波束形方法中，线性约束最小方差(lcmv)准则是比较常用的，可表示为：
[0004][0005]
其中，r为接收信号的自相关矩阵，c为m
×
(j+1)维约束矩阵，f为(j+1)维约束向量，m为阵列中天线数，j为干扰信号的个数。它要求对期望信号形式和来向完全已知，最优解为：
[0006]
w＝r-1
c[chr-1
c]-1f

技术实现要素：

[0007]
本发明所要解决的技术问题为平面相控阵在进行数字波束形成时，在子阵级快速、准确地对多个干扰信号进行零陷处理，在抑制干扰的同时实现对期望信号的有效接收。
[0008]
本发明的技术方案为：
[0009]
一种基于平面相控阵子阵级抗干扰实现方法，包括以下步骤：
[0010]
(1)对平面相控阵进行布阵，并储存各子阵中心位置坐标以及阵元位置坐标；
[0011]
(2)利用快捕技术提取目标信息特征，判定全部干扰信号与期望信号的方位俯仰信息；
[0012]
(3)根据子阵中心位置以及全部干扰信号与期望信号的方位俯仰信息，得到全部干扰信号与期望信号的导向矢量，构建抗干扰所需的子阵级约束矩阵c和约束向量f；
[0013]
(4)根据子阵级约束矩阵c和约束向量f，以子阵为单位求解最优权向量；
[0014]
(5)根据阵元位置坐标、最优权向量以及扫描方向的导向矢量，扫描作方向图，仿真验证抗干扰实现结果。
[0015]
进一步的，步骤(2)具体包括以下过程：
[0016]
(201)将扫描空域划分为四个区域，对波束形成器下发多个不同方向的导向矢量权值同时形成四个波束，对各区域目标进行扫描；
[0017]
(202)将阵元接收的四路数据进行解帧处理后，并进行fft运算，求取每个和波束的能量，对比四个波束的信噪比，储存当次扫描信噪比最大值及对应波束序号；
[0018]
(203)按照扫描间隔调整波束指向，重新对各区域目标进行扫描，返回步骤(202)，
直到空域扫描完成，得到信噪比降序排列的波束，并根据波束序号和扫描次数求取对应的波束指向；
[0019]
(204)根据步骤(203)得到的波束指向下的和差波束数据求取角误差和agc电压，根据角误差和agc电压进行波束跟踪，跟踪成功的判定为期望信号，其余判定为干扰信号。
[0020]
进一步的，步骤(3)具体包括以下过程：
[0021]
根据子阵中心的三维空间坐标(xm,ym,zm)与步骤2得到的期望信号方向(θ0,φ0)，计算阵面上各子阵中心需要补偿的距离差：m为子阵个数；
[0022]
计算期望信号的导向矢量：
[0023]
根据子阵中心的三维空间坐标与步骤2得到的第n个干扰信号方向(θn,φn)，计算阵面上各子阵中心需要补偿的距离差：
[0024][0025]
计算第n个干扰信号的导向矢量：
[0026]
构建抗干扰所需的子阵级约束矩阵c＝[a
0 a1…an
…an
]，约束向量n为干扰信号数量。
[0027]
进一步的，步骤(4)具体包括以下过程：
[0028]
以子阵为单位求解最优权值：w_center＝c[chc]-1
f，并进行扩展，同一子阵内部所有阵元应用相同权值，得到由各个阵元权值组成的权向量w。
[0029]
本发明与背景技术相比具有以下优点：
[0030]
1、本发明提出的基于平面相控阵子阵级抗干扰实现方法不需要已知期望信号以及计算接收信号的协方差矩阵，节省计算资源。
[0031]
2、本发明提出的快捕得到期望信号与干扰信号空间目标位置可满足高动态目标角捕获需求。
[0032]
3、本发明提出的基于平面相控阵子阵级抗干扰实现方法在子阵级实现，降低了工程实现代价，可以方便快速地在方向图中对所有干扰信号的位置进行零陷处理。
附图说明
[0033]
图1是本发明基于平面相控阵子阵级抗干扰实现方法流程图。
[0034]
图2是本发明所布平面相控阵天线子阵中心与阵元示意图；
[0035]
图3是本发明以最优权值求解所得方向图(侧视)；
[0036]
图4是在方向图中过期望方向0所作俯仰角切面图；
[0037]
图5是在方向图中过干扰方向1所作方位角切面图。
具体实施方式
[0038]
下面结合具体实施步骤对本发明做进一步的描述：
[0039]
一种基于平面相控阵子阵级抗干扰实现方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
[0040]
步骤1，参照图2，本发明所采用的平面相控阵天线由6行8列共48个子阵拼接而成，每个子阵包含8*8个阵元，储存所有子阵中心的三维空间坐标到zuobiao_center，矩阵大小为48*3；储存所有阵元的三维空间坐标到zuobiao，矩阵大小为3072*3。
[0041]
步骤2，利用快捕技术提取目标信息特征，判定期望信号(θ0,φ0)与干扰信号(θ1,φ1)～(θ
10
,φ
10
)的空间目标位置。
[0042]
将扫描空域划分为四个区域，对波束形成器下发多个不同方向的导向矢量权值同时形成四个波束，对各区域目标按照40hz的扫描频率、1
°
的方位俯仰间隔进行扫描。
[0043]
在fpga中，将阵元接收的四路数据进行解帧处理后，运用快速傅里叶变换ip核进行4096点fft运算，求取每个和波束的能量：s＝i2+q2，对比四个波束的信噪比s/n，储存当次扫描最大值sn_max及对应波束序号beam_num。
[0044]
按照扫描间隔调整波束指向后，重复扫描计算，更新信噪比最大值及对应波束序号，直到空域扫描完成，得到信噪比降序排列的波束序号，并储存波束序号对应的波束指向。
[0045]
基带通过处理该波束指向下的和差波束数据求取角误差和agc电压，波控软件根据这两个数据进行波束跟踪,跟踪成功的判定为期望信号，其余判定为干扰信号。
[0046]
步骤3，根据子阵中心的三维空间坐标zuobiao_center与步骤2中得到的期望信号方向(θ0,φ0)，计算阵面上各子阵中心需要补偿的距离差：
[0047][0048]
计算期望信号的导向矢量：
[0049]
根据子阵中心的三维空间坐标与步骤2得到的第n个干扰信号方向(θn,φn)，计算阵面上各子阵中心需要补偿的距离差：
[0050][0051]
计算第n个干扰信号的导向矢量：
[0052]
构建抗干扰所需的子阵级约束矩阵c＝[a
0 a1…a10
]，约束向量f＝[10000000000]。
[0053]
步骤4，以子阵为单位求解最优权值：w_center＝c[chc]-1
f，并进行扩展，同一子阵内部所有阵元应用相同权值，得到3072个元素的权向量w。
[0054]
步骤5，根据阵元的三维空间坐标zuobiao，参考步骤3计算扫描方向(θ,φ)的导向矢量as，作方向图p＝w'
·as
，结果如图3所示，参考图4、图5进行俯仰角切面和方位角切面处理分析。
[0055]
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，由于共形阵等不规则阵列在三维空间中与面阵具有相同的坐标表达形式，凡采用等同替换或等效变换形式的技术方案，
均落在本发明要求的保护范围。