专利名称：只利用一种模拟加权的平面相控阵和波束与差波束旁瓣抑制方法
技术领域：
本发明涉及一种只利用一种模拟加权的平面相控阵和波束与差波束旁瓣抑制方法，属于阵列天线与阵列处理领域。
背景技术：
阵列天线由多个按一定规则排列的天线构成。相控阵是一种十分重要的阵列天线形式，在通信、无线电测向、智能天线、地震勘探等领域具有重要应用。它通过移相器控制方向图的波束指向，与传统的机械扫描方法相比具有很大优势。它无需对天线进行机械旋转， 大大提高了波束扫描速度，具有快速发现目标的优势；即使在多目标环境下，也可通过改变移相器快速跟踪多个目标。相控阵利用阵元之间的相位差进行测向，可通过增加阵列孔径得到窄波束，从而大大提高测向精度。在相控阵的每个阵元后接一个数字接收通道(包括混频、放大、滤波及A/D变换等)后，就得到数字阵列的相控阵。数字阵列的相控阵可采用阵列信号处理技术，使许多先进的阵列处理方法得以应用，从而使相控阵系统的性能得到很大提高。数字阵列的相控阵具有传统相控阵不可比拟的优越性，大大提高了相控阵系统的信息检测与处理性能。很多相控阵系统中阵元数都很多，常常达到数百至数千，此时若仍采用与阵元数同等数量的接收通道，在造价和运算能力上都将无法承受。为此通常采用子阵结构，将若干相邻阵元组合为一个子阵，在每个子阵后接一个接收通道并进行数字化，从而可大大降低阵列成本并减小信号处理的维数。然而，采用子阵结构后，无法得到每个阵元的数字化输出，只能得到每个子阵的数字化输出，因而常规的阵元级阵列处理方法不再适用，必须采用子阵级阵列处理方法。子阵级阵列处理与常规的阵元级阵列处理有显著不同，存在许多子阵级处理所要解决的特殊问题。电子系统中，抑制阵列方向图的旁瓣是一个基本和十分重要的问题。对于采用单脉冲技术的系统，需要同时形成和、差波束，并对和、差波束的旁瓣同时进行抑制。为此可在阵元上采用两种形式的模拟加权抑制和波束旁瓣的Taylor加权及抑制差波束旁瓣的 Bayliss加权。显然，对于包含有几百至几千个阵元的相控阵系统，这需要很高昂的成本。意大利的A. Farina等人于2003年提出一种只用一种模拟加权来同时抑制和、差波束旁瓣的方法。它只用一种模拟加权构造出和、差两个输出通道，并假设有干扰位于和、 差波束的旁瓣区域，然后对其进行自适应抑制，并将最优自适应权向量作为模拟加权。但只采用这种模拟加权的旁瓣抑制效果并不理想，为此需要在子阵级进一步采用数字加权以改善旁瓣抑制效果。但上述方法存在两个缺陷1.其所给出的模拟加权的结果是错误的。因为其没有在旁瓣区域而是在主瓣区域设定假想的干扰，因而得到的模拟加权不可能具有旁瓣抑制效果。2.该方法只是针对线阵提出，不适用于平面阵；而其求解模拟加权的表达式无法推广到平面阵。由于实际的相控阵一般采用平面阵结构，因而上述方法无法用于实际系统。
发明内容
本发明目的是为了解决现有的只用一种模拟加权来同时抑制和、差波束旁瓣的方法存在不适用于平面阵、并且旁瓣抑制效果不理想的问题，提供了一种只利用一种模拟加权的平面相控阵和波束与差波束旁瓣抑制方法。本发明所述的只利用一种模拟加权的平面相控阵和波束与差波束旁瓣抑制方法对于由N个阵元组成的平面相控阵，各阵元设置在xoy平面的矩形网格上，包括 NxXNy = N个阵元，并且在χ方向和y方向均为等间距分布，用(乂约表示仰角和方位角，阵列波束指向为机，，第1个阵元位于坐标原点为参考阵元，第η个阵元的坐标为(xn，yn)， 其中η = 1，......，N，所述N为4的倍数；将所述平面相控阵列等分为四个象限，设定第一象限中的各阵元序号依次为
1Q《I，第二象限中的各阵元序号依次为1 + 1 Q《y，第三象限中的各阵元序号依次为
N33
7 + 1 Q《，第四象限中的各阵元序号依次为+ 1 a《#，
244对每个阵元均采用一种模拟加权，并利用该模拟加权同时构造出阵列的和通道与差通道，所述模拟加权向量表示为Wana= (wi; .Jn, ... wN)τ，其中Wn为第η个阵元上的加权值；和波束的旁瓣区域的假想干扰为Xs (t)，和通道的输出为71] (t)；差波束的旁瓣区域的假想干扰为χΔα)，差通道输出为y,(t)；假想干扰在阵列总的输出为y(t)= yE (t)+y.(t) =WetXe α)+ τχΔα)，其中w Σ为和波束的模拟加权向量，^为差波束的模拟加权向量，且存在下述关系式
^Σ = ^ana<
州Δ = ^Α^αηα，其中，’式中q为Ny2维的各元素值均为ι的
y Iy ι
行向量，P为Nx/2维的各元素值均为-1的行向量，所述只利用一种模拟加权的平面相控阵和波束与差波束旁瓣抑制方法为计算模拟加权向量w_，并根据所述的模拟加权向量对每个阵元的输出进行加权，完成对平面相控阵和波束与差波束旁瓣的抑制。模拟加权向量Wana按下述公式获取其中μ为常数；外)为期待信号方向的导向向量，波束指向与期待信号方向相同，且
权利要求
1.只利用一种模拟加权的平面相控阵和波束与差波束旁瓣抑制方法，其特征在于 对于由N个阵元组成的平面相控阵，各阵元设置在xoy平面的矩形网格上，包括NxXNy=N个阵元，并且在χ方向和y方向均为等间距分布，用汐,妁表示仰角和方位角，阵列波束指向为机，第1个阵元位于坐标原点为参考阵元，第η个阵元的坐标为(xn，yn)，其中η =1，……，N，所述N为4的倍数；将所述平面相控阵列等分为四个象限，设定第一象限中的各阵元序号依次为
2.根据权利要求1所述的只利用一种模拟加权的平面相控阵和波束与差波束旁瓣抑制方法，其特征在于，构造和通道的过程为四个象限所有阵元的输出相加作为和通道的输出ο构造差通道的过程为第一象限中所有阵元输出与第四象限中所有阵元输出相加，所述相加之和减去第二象限中所有阵元输出与第三个象限中所有阵元输出，进而构造成为一个差通道。
3.根据权利要求1所述的只利用一种模拟加权的平面相控阵和波束与差波束旁瓣抑制方法，其特征在于，模拟加权向量Wana按下述公式获取
4.根据权利要求1所述的只利用一种模拟加权的平面相控阵和波束与差波束旁瓣抑制方法，其特征在于对于由N个阵元组成的平面相控阵，各阵元设置在xoy平面的矩形网格上，包括NxXNy =N个阵元，并且在χ方向和y方向均为等间距分布，用汐,妁表示仰角和方位角，阵列波束指向为机，第1个阵元位于坐标原点为参考阵元，第η个阵元的坐标为(xn，yn)，其中η =1，……，N，所述N为4的倍数；将所述平面相控阵列等分为四个象限，设定第一象限中的各阵元序号依次为1< 《1，第二象限中的各阵元序号依次为Ι +，第三象限中的各阵元序号依次为
5.根据权利要求4所述的只利用一种模拟加权的平面相控阵和波束与差波束旁瓣抑制方法，其特征在于，模拟加权向量Wana按下述公式获取
全文摘要
只利用一种模拟加权的平面相控阵和波束与差波束旁瓣抑制方法，属于阵列天线与阵列处理领域，本发明为解决现有的只用一种模拟加权来同时抑制和、差波束旁瓣的方法存在不适用于平面阵、并且旁瓣抑制效果不理想的问题。本发明将N个阵元均分成四个象限，采用基于线性约束最小方差准则的最优自适应方法对假想干扰进行抑制，按公式计算出模拟加权向量，根据所述的模拟加权向量wana对每个阵元的输出进行加权，完成对平面相控阵和波束与差波束旁瓣的抑制；为了使效果更理想，提供第二技术方案为进一步增加数字加权处理，和波束的子阵级加权向量wdig_∑＝(T∑HT∑)-1T∑HwTay，差波束的子阵级加权向量wdig_Δ＝(TΔHTΔ)-1TΔHwBay。
文档编号H04B7/08GK102195701SQ20111002992
公开日2011年9月21日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者倪书全, 刘伟会, 朱淮诚, 李绍滨, 胡航, 苏宏艳, 董晔, 邱朝阳 申请人:哈尔滨工业大学