大型相控陣?yán)走_(dá)利用正交信號發(fā)射任意多波束的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型相控陣?yán)走_(dá)利用正交信號發(fā)射任意多波束的方法，主要解決現(xiàn)有方法不能實(shí)現(xiàn)瞬時發(fā)射任意多波束信號及雷達(dá)發(fā)射能量利用率不高的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟是：1，確定集中式MIMO雷達(dá)的發(fā)射天線的陣元個數(shù)及需要探測的方位角；2，根據(jù)各個探測方位角發(fā)射能量的比例和總的碼元個數(shù)，確定正交雷達(dá)波形的碼元個數(shù)；3，由確定的正交雷達(dá)波形的碼元個數(shù)，選取正交雷達(dá)波形集合Q；4，從波形集合Q中選取發(fā)射信號并發(fā)射該信號，直至波形集合Q中所有碼元被全部發(fā)射完。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)瞬時發(fā)射任意多波束正交雷達(dá)波形，并且在滿足給定方向上發(fā)射能量的比例時，有效提高雷達(dá)發(fā)射能量的利用率，可用于雷達(dá)對運(yùn)動目標(biāo)的探測跟蹤。
【專利說明】大型相控陣?yán)走_(dá)利用正交信號發(fā)射任意多波束的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種發(fā)射任意多波束的方法，可用于大型相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射正交信號。

【背景技術(shù)】
[0002]多輸入多輸出MMO雷達(dá)是一種新興的有源探測技術(shù)，現(xiàn)已成為雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】的一個研究熱點(diǎn)。根據(jù)發(fā)射天線和接收天線的間距大小，可以將MMO雷達(dá)分為分布式MMO雷達(dá)和集中式MIMO雷達(dá)兩類。對于集中式MIMO雷達(dá)，其特點(diǎn)是收發(fā)天線的陣元間距較小，而且集中式MIMO雷達(dá)發(fā)射天線的每個陣元可以發(fā)射不同的波形，若發(fā)射方向圖是全向的，此時集中式MMO雷達(dá)發(fā)射的波形是正交的。目前，對集中式MMO雷達(dá)波形設(shè)計已進(jìn)行了深入研究。
[0003]現(xiàn)有的正交波形設(shè)計方法，主要是根據(jù)集中式MMO雷達(dá)發(fā)射天線陣元的個數(shù)，設(shè)計相應(yīng)個數(shù)的正交波形。一個有意義的實(shí)際工程問題是如何在現(xiàn)有相控陣?yán)走_(dá)中實(shí)現(xiàn)MMO工作方式?，F(xiàn)有相控陣?yán)走_(dá)通常陣元個數(shù)較多，如果每個陣元獨(dú)立發(fā)射相互獨(dú)立脈沖編碼信號時，可能會存在以下兩個問題:第一，由于每個發(fā)射天線需要獨(dú)立的信號源，以至于每個發(fā)射天線發(fā)射機(jī)制的復(fù)雜度會大幅增加；第二，如果對每個獨(dú)立陣元發(fā)射的相互獨(dú)立脈沖編碼信號進(jìn)行優(yōu)化，由于自由變量個數(shù)等于發(fā)射天線個數(shù)乘以每個波形的碼元個數(shù)，如此多自由變量的優(yōu)化問題目前缺乏有效的優(yōu)化手段，而且計算量較大，因此無法實(shí)現(xiàn)發(fā)射任意方向的信號，并且在給定方向發(fā)射能量的比例時，難以提高雷達(dá)發(fā)射能量的利用率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于針對上述問題，提出了一種大型相控陣?yán)走_(dá)利用正交信號發(fā)射任意多波束的方法，以實(shí)現(xiàn)無優(yōu)化過程的單脈沖多波束信號的發(fā)射，提高在給定方向發(fā)射能量比例時雷達(dá)發(fā)射能量的利用率。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)思路是:根據(jù)雷達(dá)發(fā)射波形個數(shù)和各個正交雷達(dá)波形的碼元個數(shù)，從給定的正交波形庫中選取對應(yīng)的正交雷達(dá)波形，采用大型相控陣?yán)走_(dá)發(fā)射機(jī)制實(shí)現(xiàn)瞬時發(fā)射任意多波束正交雷達(dá)波形，并結(jié)合能量優(yōu)化分配算法，在給定方向上發(fā)射能量的比例時有效提高雷達(dá)發(fā)射能量的利用率。
[0006]根據(jù)上述思路，本發(fā)明下技術(shù)方案包括如下步驟:
[0007](I)根據(jù)集中式MIMO雷達(dá)系統(tǒng)確定其發(fā)射天線的陣元個數(shù)N，并按照實(shí)際需要確定進(jìn)行探測的方位角士和探測的方位角個數(shù)Ne，其中i e [l，Ne]，正交雷達(dá)波形的個數(shù)等于探測方位角的個數(shù)Ne ；
[0008](2)由實(shí)際給定的探測方位角發(fā)射能量的比例，確定對應(yīng)方向發(fā)射波形信噪比的比例，然后根據(jù)對應(yīng)方向發(fā)射波形信噪比的比例，確定對應(yīng)方向發(fā)射的正交雷達(dá)波形的碼元個數(shù)分別為?:，...，'，...^^，其中'為波形Si總的碼元個數(shù)，i e [I, N0], Νθ為探測的方位角個數(shù)；
[0009](3)根據(jù)步驟(2)得到的各個方位角發(fā)射的正交雷達(dá)波形的碼元個數(shù)，從給定的正交波形庫中選取對應(yīng)的正交雷達(dá)波形集合口二^七’…七’…^^其中i e [I,Νθ],Νθ為探測的方位角個數(shù)；
[0010](4)記正交雷達(dá)波形集合Q各個波形已發(fā)射的碼元個數(shù)集合為￥ = {“..木_,..\ \，從個數(shù)集合P中選取一個元素記為匕，令匕自加1，其中i e [I,N0],Ne為探測的方位角個數(shù)；
[0011](5)發(fā)射正交雷達(dá)波形集合Q中波形Si的第ki個碼元，并判斷該方向碼元是否全部發(fā)射結(jié)束■?執(zhí)<Ν、，則該方向碼元沒有全部發(fā)射完，返回步驟(4)，其中為波形Si總的碼元個數(shù)；若A ，則該方向碼元已全部發(fā)射完，將ki從個數(shù)集合P中舍去并轉(zhuǎn)到步驟
(6)；
[0012](6)判斷舍去元素Iii后個數(shù)集合P是否為空集:若此時個數(shù)集合P為空集，則結(jié)束發(fā)射；若此時個數(shù)集合P為非空集，則返回步驟(4)。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0014]a)本發(fā)明由于離線構(gòu)造好了正交雷達(dá)波形庫，可以根據(jù)正交雷達(dá)波形個數(shù)和各個正交雷達(dá)波形的碼元個數(shù)，從構(gòu)造好的正交波形庫中選取對應(yīng)的正交雷達(dá)波形，所以本發(fā)明無需進(jìn)行波形設(shè)計；
[0015]b)本發(fā)明由于給出了在一個發(fā)射周期內(nèi)發(fā)射任意波束指向的信號發(fā)射機(jī)制并且該發(fā)射機(jī)制無需優(yōu)化，所以本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)任意方向性信號的產(chǎn)生。
[0016]c)本發(fā)明由于通過給定的探測方位角上發(fā)射能量的比例，得到探測方位角上信噪比的比例，然后根據(jù)得到的探測方位角上信噪比的比例進(jìn)行碼元的合理分配，使發(fā)射的方向圖能夠更好的逼近期望發(fā)射方向圖，所以本發(fā)明能夠有效提高雷達(dá)發(fā)射能量的利用率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0018]圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)總流程圖；
[0019]圖2是本發(fā)明構(gòu)造發(fā)射信號的子流程圖；
[0020]圖3是本發(fā)明給定方向上發(fā)射能量的比例為1:1:3的發(fā)射方向圖；
[0021]圖4是本發(fā)明給定方向上發(fā)射能量的比例為4:5:11的發(fā)射方向圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]參照圖1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0023]步驟1，確定集中式MMO雷達(dá)的發(fā)射天線的陣元個數(shù)N，需要探測的方位角?… ，探測的方位角個數(shù)N0和正交雷達(dá)波形的個數(shù)，其中i e [I,N0Jo
[0024]根據(jù)實(shí)際的集中式MMO雷達(dá)系統(tǒng)得到發(fā)射天線的陣元個數(shù)N，且發(fā)射天線是半波間距的均勻線陣。
[0025]根據(jù)實(shí)際探測需求確定Ne個探測方位角分別為…久?，且正交雷達(dá)波形的個數(shù)等于探測方位角的個數(shù)Ne，其中i e [I,Νθ]ο
[0026]步驟2，確定正交雷達(dá)波形的碼元長度。
[0027]由于實(shí)際已知的各個探測方位角發(fā)射能量的比例在數(shù)值上可看做對應(yīng)方向上所需信噪比的比例，且發(fā)射正交雷達(dá)波形的總的碼元個數(shù)是固定的為Nsim，故可根據(jù)正交雷達(dá)
r (I Nλ、
波形的碼元個數(shù)公式

【權(quán)利要求】
1.一種大型相控陣?yán)走_(dá)利用正交信號發(fā)射任意多波束的方法，包括以下步驟:(1)根據(jù)集中式MIMO雷達(dá)系統(tǒng)確定其發(fā)射天線的陣元個數(shù)N，并按照實(shí)際需要確定進(jìn)行探測的方位角^和探測的方位角個數(shù)Ne，其中i e [l，Ne]，正交雷達(dá)波形的個數(shù)等于探測方位角的個數(shù)Ne ；(2)由實(shí)際給定的探測方位角發(fā)射能量的比例，確定對應(yīng)方向發(fā)射波形信噪比的比例，然后根據(jù)對應(yīng)方向發(fā)射波形信噪比的比例，確定對應(yīng)方向發(fā)射的正交雷達(dá)波形的碼元個數(shù)分別為?:，...，'，...#、，其中'為波形sj、的碼元個數(shù)，i e [I,Νθ], Νθ為探測的方位角個數(shù)； (3)根據(jù)步驟(2)得到的各個方位角發(fā)射的正交雷達(dá)波形的碼元個數(shù)，從給定的正交波形庫中選取對應(yīng)的正交雷達(dá)波形集合Q = Is1,S2，…，Si，…S& I，其中i e [I,Ne],Ne為探測的方位角個數(shù)； (4)記正交雷達(dá)波形集合Q各個波形已發(fā)射的碼元個數(shù)集合為P= ^為，…Λ，j、,j，從個數(shù)集合P中選取一個元素記為!^，令匕自加1，其中i e [I,Νθ], Νθ為探測的方位角個數(shù)；(5)發(fā)射正交雷達(dá)波形集合Q中波形Si的第h個碼元，并判斷該方向碼元是否全部發(fā)射結(jié)束:若大< K,，則該方向碼元沒有全部發(fā)射完，返回步驟(4)，其中#為波形Si總的碼元個數(shù) '若K=N則該方向碼元已全部發(fā)射完，將h從個數(shù)集合P中舍去并轉(zhuǎn)到步驟(6)； (6)判斷舍去元素Iii后個數(shù)集合P是否為空集:若此時個數(shù)集合P為空集，則結(jié)束發(fā)射；若此時個數(shù)集合P為非空集，則返回步驟(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型相控陣?yán)走_(dá)利用正交信號發(fā)射任意多波束的方法，其中步驟(4)所述的從個數(shù)集合P中選取一個元素記為ki;是根據(jù)實(shí)際發(fā)射順序的要求進(jìn)行選取，即選取方式為隨機(jī)選取或按預(yù)先設(shè)定好的順序選取。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型相控陣?yán)走_(dá)利用正交信號發(fā)射任意多波束的方法，其中步驟(5)所述的發(fā)射正交雷達(dá)波形集合Q中波形Si的第Ici個碼元，按如下步驟發(fā)射: 3a)將正交雷達(dá)波形集合Q發(fā)射波形Si的第h個碼元記為Si CO，集中式MIMO雷達(dá)發(fā)射天線的N個陣元的信號源同時輸出碼元Si CO ； 3b)對于探測方位角Qi，得到各天線發(fā)射的信號矢量為SiQOa(Qi)；3c)通過集中式MIMO雷達(dá)天線將所述的信號矢量SiGOa(Qi)發(fā)射出去，發(fā)射后在方位角Qi*的發(fā)射信號為WPDsiGOaPi) =NSi (ki)，其中導(dǎo)向矢量a⑷(.)Η表示(.)的共軛轉(zhuǎn)置，i e [1,ΝΘ],ΝΘ為探測的方位角個數(shù)，N為發(fā)射天線的陣元個數(shù)。
【文檔編號】G01S7/282GK104166123SQ201410455124
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】劉宏偉, 周生華, 徐磊磊, 臧會凱, 曹鼎 申請人:西安電子科技大學(xué)