Mimo雷達(dá)多窄波束的賦形方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種MIMO雷達(dá)多窄波束的賦形方法及裝置，其中，該方法包括：根據(jù)多窄波束的指向角的個(gè)數(shù)K確定正交基帶波形的個(gè)數(shù)為K,其中K為正整數(shù)；根據(jù)發(fā)射天線個(gè)數(shù)M和正交基帶波形的個(gè)數(shù)K確定M×K維波形系數(shù)矩陣，其中M為正整數(shù)；利用最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則對(duì)M×K維波形系數(shù)矩陣的第1至K列向量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)得到每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)；將每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)合并成最優(yōu)化波形系數(shù)矩陣。該方法實(shí)現(xiàn)了多窄波束賦形，從而降低了發(fā)射方向圖的旁瓣水平。
【專利說明】
MI MO雷達(dá)多窄波束的賦形方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種MBTO雷達(dá)多窄波束的賦形方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為相控陣?yán)走_(dá)的自然延伸，多輸入多輸出（Multi-input Multi-output，MIM0) 雷達(dá)不僅具備波形分集(發(fā)射多波形)特性還同時(shí)具備發(fā)射天線的相干耦合(相干增益)特 性，從而使得MIM0雷達(dá)具有額外自由度來進(jìn)行波形優(yōu)化設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)靈活的發(fā)射波束(方向 圖）賦形。
[0003] 發(fā)射波束賦形是為了使發(fā)射天線的輻射功率按照預(yù)先期望的那樣分布在所照射 的空域里，從而形成期望的發(fā)射方向圖。一般而言，實(shí)現(xiàn)發(fā)射方向圖賦形可以采用的方法主 要有兩種:形狀逼近算法(如優(yōu)化波形協(xié)方差矩陣(Waveform Covariance Matrix，WCM)使 所設(shè)計(jì)方向圖以均方誤差(Mean Square Error，MSE)最小化或直接差值的最大值最小化的 方式來逼近期望方向圖）和最小化旁瓣水平算法。
[0004] 但是相關(guān)的算法主要適用于寬波束的發(fā)射方向圖設(shè)計(jì)，無法直接應(yīng)用于窄波束方 向圖設(shè)計(jì)。而且，雷達(dá)直接發(fā)射寬波束有時(shí)不僅會(huì)浪費(fèi)系統(tǒng)發(fā)射功率還會(huì)降低系統(tǒng)的輸出 信噪比，因?yàn)槔走_(dá)目標(biāo)不可能出現(xiàn)在所照射空域的每個(gè)角度上而發(fā)射寬波束又會(huì)增加了雜 波的干擾。此外在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，當(dāng)多個(gè)目標(biāo)出現(xiàn)在所觀測(cè)的空域后，對(duì)這若干個(gè)目標(biāo)區(qū)域同 時(shí)進(jìn)行仔細(xì)監(jiān)測(cè)和觀察便成為了一種迫切需要，此時(shí)多窄發(fā)射波束賦形則顯得很有意義。 然而傳統(tǒng)相控陣?yán)走_(dá)由于受發(fā)射單波形體制的限制，不能直接實(shí)現(xiàn)多窄發(fā)射波束賦形，而 發(fā)射多波形的MM0雷達(dá)則為實(shí)現(xiàn)多窄波束提賦形提供了可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術(shù)問題之一。
[0006] 為此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提出一種MM0雷達(dá)多窄波束的賦形方法。該方法 實(shí)現(xiàn)了多窄波束賦形，從而降低了發(fā)射方向圖的旁瓣水平。
[0007] 本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提出了一種MBTO雷達(dá)多窄波束的賦形裝置。
[0008] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明第一方面實(shí)施例的MM0雷達(dá)多窄波束的賦形方法，包括:根 據(jù)多窄波束的指向角的個(gè)數(shù)K確定正交基帶波形的個(gè)數(shù)為K，其中K為正整數(shù);根據(jù)發(fā)射天線 個(gè)數(shù)M和所述正交基帶波形的個(gè)數(shù)K確定MXK維波形系數(shù)矩陣，其中M為正整數(shù);利用最小化 積分旁瓣水平的準(zhǔn)則對(duì)所述MXK維波形系數(shù)矩陣的第1至K列向量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)得到每個(gè) 子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù);將所述每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)合并成最優(yōu) 化波形系數(shù)矩陣。
[0009] 本發(fā)明實(shí)施例的賦形方法，首先根據(jù)多窄波束的指向角的個(gè)數(shù)確定正交基帶波形 的個(gè)數(shù)，接著根據(jù)發(fā)射天線個(gè)數(shù)和正交基帶波形的個(gè)數(shù)確定波形系數(shù)矩陣，再利用最小化 積分旁瓣水平的準(zhǔn)則對(duì)波形系數(shù)矩陣中的每一列向量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)得到每個(gè)子窄波束對(duì) 應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)，最后將每個(gè)最優(yōu)化波形系數(shù)合并成最優(yōu)化波形系數(shù)矩陣。該方法實(shí) 現(xiàn)了多窄波束賦形，從而降低了發(fā)射方向圖的旁瓣水平。
[0010] 在一些示例中，所述發(fā)射天線均勻線性等間距排列。
[0011] 在一些示例中，每一個(gè)所述發(fā)射天線具有Q個(gè)獨(dú)立、正交基帶波形的信號(hào)，其中，Q 為正整數(shù)且小于等于M。
[0012] 在一些示例中，所述最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則表達(dá)式為 a(0)為發(fā)射天線的導(dǎo)引矢量其表達(dá)式為
其中，M 為發(fā)射天線個(gè)數(shù)，dT為所述發(fā)射天線之間的間距，0kS所述指向角，k表示第k(k=l，2,…，K) 個(gè)波束指向角。
[0013] 在一些示例中，所述的賦形方法，還包括:根據(jù)所述最優(yōu)化波形系數(shù)矩陣獲得每個(gè) 發(fā)射天線發(fā)射的波形。
[0014] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明第二方面實(shí)施例的MM0雷達(dá)多窄波束的賦形裝置。包括:第 一確定模塊，用于根據(jù)多窄波束的指向角的個(gè)數(shù)K確定正交基帶波形的個(gè)數(shù)為K，其中K為正 整數(shù);第二確定模塊，用于根據(jù)發(fā)射天線個(gè)數(shù)M和所述正交基帶波形的個(gè)數(shù)K確定M X K維波 形系數(shù)矩陣，其中M為正整數(shù);優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，用于利用最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則對(duì)所述M XK維波形系數(shù)矩陣的第1至K列向量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)得到每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系 數(shù);合成模塊，用于將所述每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)合并成最優(yōu)化波形系數(shù)矩 陣。
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例的賦形裝置，首先第一確定模塊根據(jù)多窄波束的指向角的個(gè)數(shù)確定 正交基帶波形的個(gè)數(shù)，接著第二確定模塊根據(jù)發(fā)射天線個(gè)數(shù)和正交基帶波形的個(gè)數(shù)確定波 形系數(shù)矩陣，優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊再利用最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則對(duì)波形系數(shù)矩陣中的每一列 向量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)得到每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)，最后合成模塊將每個(gè)最優(yōu)化 波形系數(shù)合并成最優(yōu)化波形系數(shù)矩陣。該裝置實(shí)現(xiàn)了多窄波束賦形，從而降低了發(fā)射方向 圖的旁瓣水平。在一些示例中，所述發(fā)射天線均勻線性等間距排列。
[0016] 在一些示例中，每一個(gè)所述發(fā)射天線具有Q個(gè)獨(dú)立、正交基帶波形的信號(hào)，其中，Q 為正整數(shù)且小于等于M。
[0017] 在一些示例中，所述最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則表達(dá)式為
a(0)為發(fā)射天線的導(dǎo)引矢量其表達(dá)式為
，其中，M 為發(fā)射天線個(gè)數(shù)，dT為所述發(fā)射天線之間的間距，0kS所述指向角，k表示第k(k=l，2,…，K) 個(gè)波束指向角。
[0018] 在一些示例中，所述的賦形方法，還包括:波形設(shè)計(jì)模塊，用于根據(jù)所述最優(yōu)化波 形系數(shù)矩陣獲得每個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的波形。
[0019] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0020] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得 明顯和容易理解，其中：
[0021] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的MBTO雷達(dá)多窄波束發(fā)射方向的示意圖。
[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的MBTO雷達(dá)多窄波束的賦形方法的流程圖；
[0023]圖3是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的MBTO雷達(dá)發(fā)射天線的信號(hào)處理模型的示意圖；
[0024] 圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的MBTO雷達(dá)多窄波束的賦形方法的流程圖；
[0025] 圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三窄波束賦形情形下的仿真結(jié)果示意圖；
[0026] 圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的五窄波束賦形情形下的仿真結(jié)果示意圖；
[0027]圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的MIM0雷達(dá)多窄波束的賦形方法的流程圖；以 及
[0028]圖8根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的MBTO雷達(dá)多窄波束的賦形裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0030] 對(duì)于發(fā)射波束而言，旁瓣水平永遠(yuǎn)都是評(píng)價(jià)其可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)。而積分旁 瓣水平定義了旁瓣區(qū)（代表不感興趣區(qū)域)能量與主瓣區(qū)（代表感興趣區(qū)域)能量的比值，因 此若將發(fā)射波束劃分成若干個(gè)區(qū)域，在最小化積分旁瓣水平的過程中不僅能夠使感興趣區(qū) 域的能量分布最大化，還能使不感興趣區(qū)域的能量最小化，從而能夠很好控制發(fā)射波束能 量的分布，為發(fā)射波束賦形提供了設(shè)計(jì)空間。進(jìn)一步，如圖1所示MM0雷達(dá)多窄波束發(fā)射方 向的示意圖?？梢钥闯?，當(dāng)對(duì)感興趣的多定點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行同時(shí)觀察時(shí)，多窄發(fā)射波束賦形要比 直接采用寬波束覆蓋(圖中虛線部分)具備更高的效率，從而能夠使雷達(dá)系統(tǒng)獲得更高的輸 出信噪比。
[0031 ]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的MBTO雷達(dá)多窄波束的賦形方法的流程圖。
[0032] 如圖2所示，該賦形方法可以如下幾個(gè)步驟：：
[0033] 在步驟101中，根據(jù)多窄波束的指向角的個(gè)數(shù)K確定正交基帶波形的個(gè)數(shù)為K，其中 K為正整數(shù)。
[0034]可以理解的是，根據(jù)多窄波束的指向角的數(shù)目來決定發(fā)射波形(正交波形基）的數(shù) 目，采用一個(gè)基帶波形實(shí)現(xiàn)一個(gè)子窄波束賦形的原則，并行設(shè)計(jì)這若干個(gè)子窄波束所對(duì)應(yīng) 的波形。
[0035]在步驟102中，根據(jù)發(fā)射天線個(gè)數(shù)M和正交基帶波形的個(gè)數(shù)K確定MXK維波形系數(shù) 矩陣，其中M為正整數(shù)。
[0036]作為一種示例，發(fā)射天線均勻線性等間距排列。
[0037]可以理解的是，一個(gè)MM0雷達(dá)系統(tǒng)，其發(fā)射天線數(shù)目為M且以均勻線性等間距排 列，間距為dT(小于等于發(fā)射信號(hào)半波長(zhǎng)）。
[0038]作為一種示例，每一個(gè)發(fā)射天線具有Q個(gè)獨(dú)立、正交基帶波形的信號(hào)，其中，Q為正 整數(shù)且小于等于M。
[0039]可以理解的是，每個(gè)天線發(fā)射的是一組含有Q(Q<M)個(gè)獨(dú)立、正交基帶波形的信 號(hào)，以列向量的形式將這Q個(gè)波形表示為巾（0 = [(^(0 …（i>Q(t)]T，其中上角標(biāo) T表示矩陣轉(zhuǎn)置操作。那么，發(fā)射天線分別調(diào)制這Q個(gè)波形的系數(shù)(包含幅度和相位）用相應(yīng) 的波形系數(shù)矩陣表示C=[C1 c2…cQ]，其中CeCM:xe^cq是由各發(fā)射天線調(diào)制第q(q=l， 2,...，Q)個(gè)波形的系數(shù)所構(gòu)成的向量。定義=盡，其中Et表示雷達(dá)天線發(fā)射的總功 孕二.1.. 率，I I ? I I表示向量的歐氏范數(shù)。
[0040] 需要說明一下，MBTO雷達(dá)發(fā)射天線的信號(hào)處理模型如圖3所示。
[0041] 在步驟103中，利用最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則對(duì)MXK維波形系數(shù)矩陣的第1至K 列向量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)得到每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)。
[0042]可以理解的是，波形被發(fā)射到遠(yuǎn)場(chǎng)目標(biāo)0(G ?=[-jt/2，V2])處的表達(dá)式為:s(t， 0)=aH(0)〇(t)=aH(0)C(})(t)，其中 〇(t)=C(Ht)為由M個(gè)發(fā)射天線所發(fā)射波形組成的向 量，a(0)表示發(fā)射天線的導(dǎo)引矢量且其表達(dá)式為；
對(duì)上式所表示的發(fā)射信號(hào)s(t，0)取模平方(代表信號(hào)輻射功率)并在一個(gè)發(fā)射波形周期!^ 內(nèi)積分，那么MM0雷達(dá)發(fā)射方向圖的表達(dá)式即可表示為： 〇(6>) = j
[0043] = a/' (<?)Cf f (j)(f)<j>// (/ )d^ |Cua(6>) Cl) K：tp- J 二 a"⑷CC"a(6>)
[0044]由（1)式可以看出，波形系數(shù)矩陣C與發(fā)射波束賦形息息相關(guān)，優(yōu)化矩陣C不僅是實(shí) 現(xiàn)發(fā)射波束的設(shè)計(jì)也是實(shí)現(xiàn)發(fā)射波形的設(shè)計(jì)。根據(jù)已知期望波束的子波束數(shù)目K，令Q = K (發(fā)射波形基的數(shù)目也為K)，即設(shè)置波形系數(shù)矩陣C的維數(shù)為MXK且C=[C1 c2…CK]。 [0045]需要說明的是，在一些示例中，最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則表達(dá)式為：
i (9)為發(fā)射天線的導(dǎo)引矢量其表達(dá)式為
，其中，M為發(fā)射天線個(gè)數(shù)，dT為所述發(fā)射天線之間 的間距，0k為所述指向角，k表示第k(k=l，2,…，K)個(gè)波束指向角。
[0046]可以理解的是，首先多窄波束賦形過程中采用的是并行設(shè)計(jì)的原則，因此對(duì)于每 個(gè)子窄波束賦形的波形設(shè)計(jì)，都分別采用最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則來獲得波形的最優(yōu)系 數(shù)。
[0047]可以理解的是，根據(jù)期望波束的子波束指向角0 = [0i 02…0K]，采用一一對(duì)應(yīng)的 原則（即向量Ck只依賴于角度0k，k=l，2,. . .，K)，利用最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則分別對(duì)C 中每個(gè)列向量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：例如，對(duì)于向量C1而言，定義指向0:處的子波束的主瓣區(qū)為 {h}，而旁瓣區(qū)則定義為除h外的所有區(qū)域，即?Uh}，其它向量依次類推，在設(shè)定好主瓣
區(qū)和旁瓣區(qū)后，最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則表達(dá)式為 一般而 6 言是一個(gè)正定矩陣，因此上面的K個(gè)最小化問題都能獲得最優(yōu)解析解，且第k 0 (k = 1，2，…K )個(gè)問題的最優(yōu)解析解為cf = a(死）-U2 (Uf iu21 Uf La(巧)，其中 Ai = [ a^a;'?'U2是通過將秩一矩陣a(0k)a H(0k)特征分解為如下表達(dá)式所得： ?攸}.
C2)
[0049]在獲得了<#(々=1，2，._.,/0的表達(dá)式后，可以通過一定的能量限制條件來配置 Cf，使得|>r 2 =4。其中一種方案是使對(duì)所有k都相等，此時(shí)所得的波形系數(shù)矩陣c為： ^.-1
(3：)
[0051]需要說明的是，由于要實(shí)現(xiàn)的是窄波束賦形，因此最小化積分旁瓣準(zhǔn)則所考慮的 是最窄的情形，其核心是:使每個(gè)子窄波束在指向角上的輻射功率最大化的同時(shí)使其它角 度上的輻射功率最小化。因此本算法中的主瓣區(qū)定義為指向角所對(duì)應(yīng)的離散點(diǎn)，旁瓣區(qū)則 為除指向角所對(duì)應(yīng)離散點(diǎn)以外其它所有的輻射角度區(qū)域。
[0052]在步驟104中，將每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)合并成最優(yōu)化波形系數(shù)矩 陣。
[0053]可以理解的是，由于采用的是多窄波束并行設(shè)計(jì)的原則，因此在獲得了每個(gè)子窄 波束所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)波形系數(shù)后，需要對(duì)這些最優(yōu)系數(shù)進(jìn)行綜合，合并成一個(gè)優(yōu)化的波形系 數(shù)矩陣。這樣就將多個(gè)子窄波束綜合成一個(gè)多窄波束，從而實(shí)現(xiàn)MIM0雷達(dá)多窄發(fā)射波束賦 形。此外，算法是在已知正交波形基的基礎(chǔ)上，每副天線發(fā)射這些正交波形基的任意線性組 合來實(shí)現(xiàn)將波形設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成波形系數(shù)矩陣設(shè)計(jì)。
[0054]進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了將MM0雷達(dá)發(fā)射出的信號(hào)功率盡可能多的聚集在若干個(gè)感興趣角 度(或若干個(gè)目標(biāo)區(qū)域)上，從而以利于多目標(biāo)、多指向角的同時(shí)觀測(cè)。
[0055]需要說明的是，在將每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)合并成最優(yōu)化波形系數(shù) 矩陣。也就是將多個(gè)子窄波束綜合成一個(gè)多窄波束后，如圖4所示，還包括:步驟105,根據(jù)最 優(yōu)化波形系數(shù)矩陣獲得每個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的波形。從而實(shí)現(xiàn)MM0雷達(dá)的波形設(shè)計(jì)。
[0056]可以理解的是，例如，把(3)式獲得的波形系數(shù)矩陣代入到（1)式的方向圖中，便可 得到最終的多窄波束發(fā)射方向圖。此外，還可根據(jù)下式得出第m(m=l，2,...，M)個(gè)天線所發(fā) 射的波形表達(dá)式為：[0 (t) ]m = C(m，1 :K) (Ht)，其中C(m，1 :K)表示為矩陣C中第m行元素組 成的行向量。
[0057]舉例而言，如表1所示，發(fā)射天線數(shù)目M = 50,發(fā)射天線間距dT都取發(fā)射信號(hào)的半波 長(zhǎng)長(zhǎng)度，并分別考慮一個(gè)三波束和五波束情形。
[0058]表1仿真參數(shù)
[0060]圖5給出了三窄波束賦形情形下的仿真結(jié)果示意圖，從圖中可以看出三個(gè)子波束 的實(shí)際指向角與期望的指向角[-20° 0° 35° ]完全吻合，且發(fā)射波束形狀良好。
[0061]圖6給出了五窄波束賦形情形下的仿真結(jié)果圖，從圖中也可以看出五個(gè)子波束的 實(shí)際指向角與期望的指向角[-40° -20° 0° 30° 60° ]完全吻合，且發(fā)射波束形狀良好。 [0062]需要說明的是，以上所述所用到的實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡 是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)進(jìn)行的相關(guān)修改均仍屬于本發(fā)明方案的范圍內(nèi)。
[0063]本發(fā)明實(shí)施例的賦形方法，首先根據(jù)多窄波束的指向角的個(gè)數(shù)確定正交基帶波形 的個(gè)數(shù)，接著根據(jù)發(fā)射天線個(gè)數(shù)和正交基帶波形的個(gè)數(shù)確定波形系數(shù)矩陣，再利用最小化 積分旁瓣水平的準(zhǔn)則對(duì)波形系數(shù)矩陣中的每一列向量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)得到每個(gè)子窄波束對(duì) 應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)，最后將每個(gè)最優(yōu)化波形系數(shù)合并成最優(yōu)化波形系數(shù)矩陣。該方法實(shí) 現(xiàn)了多窄波束賦形，從而降低了發(fā)射方向圖的旁瓣水平。
[0064]為了使得本領(lǐng)域人員進(jìn)一步了解MM0雷達(dá)多窄波束的賦形方法，下面結(jié)合圖7具 體說明，如圖7所示:概括是將發(fā)射波束賦形的波形設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成波形系數(shù)矩陣設(shè)計(jì)后，利用 最小化積分旁瓣水平準(zhǔn)則對(duì)波形系數(shù)矩陣進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)多窄發(fā)射波束賦形和發(fā)射 波形優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0065]具體地，令MM0雷達(dá)每副天線都發(fā)射由一組正交波形基隨意疊加組成的波形，而 隨意疊加這些波形（也即對(duì)波形進(jìn)行幅度和相位調(diào)制）的系數(shù)用矩陣形式及為波形系數(shù)矩 陣，根據(jù)發(fā)射天線數(shù)目和波束中子波束(指向角）的數(shù)目來確定波形系數(shù)矩陣的維數(shù)(代表 了發(fā)射天線數(shù)目和發(fā)射波形數(shù)目的乘積），將波形系數(shù)矩陣拆分成與子波束數(shù)目相等的列 向量，然后采用最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則利用指向角信息分別對(duì)每個(gè)子波束所對(duì)應(yīng)的波 形系數(shù)向量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后將這若干個(gè)最優(yōu)波形系數(shù)向量按照一定能量配置比例合并 成所要求的波形系數(shù)矩陣，從而實(shí)現(xiàn)期望的多窄發(fā)射波束賦形和相應(yīng)的波形設(shè)計(jì)。在實(shí)現(xiàn) 多窄波束賦形的過程中降低了發(fā)射方向圖的旁瓣水平。
[0066] 與上述實(shí)施例提供的mmo雷達(dá)多窄波束的賦形方法相對(duì)應(yīng)，本發(fā)明的一種實(shí)施例 還提供一種MIM0雷達(dá)多窄波束的賦形裝置，由于本發(fā)明實(shí)施例提供的MM0雷達(dá)多窄波束的 賦形裝置與上述實(shí)施例提供的MM0雷達(dá)多窄波束的賦形方法具有相同或相似的技術(shù)特征， 因此在前述MM0雷達(dá)多窄波束的賦形方法的實(shí)施方式也適用于本實(shí)施例提供的MM0雷達(dá) 多窄波束的賦形裝置，在本實(shí)施例中不再詳細(xì)描述。如圖8所示，該MIM0雷達(dá)多窄波束的賦 形裝置可包括:第一確定模塊10、第二確定模塊20、優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊30、合成模塊40和波形設(shè) 計(jì)模塊50。
[0067] 其中，第一確定模塊10用于根據(jù)多窄波束的指向角的個(gè)數(shù)K確定正交基帶波形的 個(gè)數(shù)為K,其中K為正整數(shù)。
[0068]第二確定模塊20用于根據(jù)發(fā)射天線個(gè)數(shù)M和正交基帶波形的個(gè)數(shù)K確定MX K維波 形系數(shù)矩陣，其中M為正整數(shù)。
[0069] 優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊30用于利用最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則對(duì)MXK維波形系數(shù)矩陣的 第1至K列向量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)得到每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)。
[0070] 合成模塊40用于將每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)合并成最優(yōu)化波形系數(shù) 矩陣。
[0071 ]在一些示例中，發(fā)射天線均勻線性等間距排列。
[0072] 在一些示例中，每一個(gè)發(fā)射天線具有Q個(gè)獨(dú)立、正交基帶波形的信號(hào)，其中，Q為正 整數(shù)且小于等于M。
[0073] 在一些示例中，最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則表達(dá)式為 a(0)為發(fā)射天線的導(dǎo)引矢量其表達(dá)式為
其中，M 為發(fā)射天線個(gè)數(shù)，dT為所述發(fā)射天線之間的間距，0kS所述指向角，k表示第k(k=l，2,…，K) 個(gè)波束指向角。
[0074] 在一些示例中，波形設(shè)計(jì)模塊50用于根據(jù)最優(yōu)化波形系數(shù)矩陣獲得每個(gè)發(fā)射天線 發(fā)射的波形。
[0075] 本發(fā)明實(shí)施例的賦形裝置，首先第一確定模塊根據(jù)多窄波束的指向角的個(gè)數(shù)確定 正交基帶波形的個(gè)數(shù)，接著第二確定模塊根據(jù)發(fā)射天線個(gè)數(shù)和正交基帶波形的個(gè)數(shù)確定波 形系數(shù)矩陣，優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊再利用最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則對(duì)波形系數(shù)矩陣中的每一列 向量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)得到每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)，最后合成模塊將每個(gè)最優(yōu)化 波形系數(shù)合并成最優(yōu)化波形系數(shù)矩陣。該裝置實(shí)現(xiàn)了多窄波束賦形，從而降低了發(fā)射方向 圖的旁瓣水平。
[0076] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能 理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第 一"、"第二"的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，"多個(gè)" 的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。
[0077] 在本說明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)"一個(gè)實(shí)施例"、"一些實(shí)施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不 必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié) 合和組合。
[0078] 流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括 一個(gè)或更多個(gè)用于實(shí)現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部 分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的范圍包括另外的實(shí)現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順 序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時(shí)的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明 的實(shí)施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
[0079] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例 性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述 實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種ΜΙΜΟ雷達(dá)多窄波束的賦形方法，其特征在于，包括以下步驟： 根據(jù)多窄波束的指向角的個(gè)數(shù)Κ確定正交基帶波形的個(gè)數(shù)為Κ，其中Κ為正整數(shù)； 根據(jù)發(fā)射天線個(gè)數(shù)Μ和所述正交基帶波形的個(gè)數(shù)Κ確定ΜΧΚ維波形系數(shù)矩陣，其中Μ為 正整數(shù)； 利用最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則對(duì)所述ΜΧΚ維波形系數(shù)矩陣的第1至Κ列向量進(jìn)行優(yōu) 化設(shè)計(jì)得到每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)； 將所述每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)合并成最優(yōu)化波形系數(shù)矩陣。2. 如權(quán)利要求1所述的賦形方法，其特征在于，所述發(fā)射天線均勻線性等間距排列。3. 如權(quán)利要求1所述的賦形方法，其特征在于，每一個(gè)所述發(fā)射天線具有Q個(gè)獨(dú)立、正交 基帶波形的信號(hào)，其中，Q為正整數(shù)且小于等于Μ。4. 如權(quán)利要求1所述的賦形方法，其特征在于，所述最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則表達(dá)式為：|為發(fā)射天線的導(dǎo)引矢量其表達(dá)式其中，Μ為發(fā)射天線個(gè)數(shù)，dT為所述發(fā)射天線之間的間距，所述指向角，k表示第k(k=l， 2，···，Κ)個(gè)波束指向角。5. 如權(quán)利要求1所述的賦形方法，其特征在于，還包括:根據(jù)所述最優(yōu)化波形系數(shù)矩陣 獲得每個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的波形。6. -種ΜΙΜΟ雷達(dá)多窄波束的賦形裝置，其特征在于，包括： 第一確定模塊，用于根據(jù)多窄波束的指向角的個(gè)數(shù)Κ確定正交基帶波形的個(gè)數(shù)為Κ，其 中Κ為正整數(shù)； 第二確定模塊，用于根據(jù)發(fā)射天線個(gè)數(shù)Μ和所述正交基帶波形的個(gè)數(shù)Κ確定Μ X Κ維波形 系數(shù)矩陣，其中Μ為正整數(shù)； 優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，用于利用最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則對(duì)所述ΜΧΚ維波形系數(shù)矩陣的第 1至Κ列向量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)得到每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)； 合成模塊，用于將所述每個(gè)子窄波束對(duì)應(yīng)的最優(yōu)化波形系數(shù)合并成最優(yōu)化波形系數(shù)矩 陣。7. 如權(quán)利要求6所述的賦形裝置，其特征在于，所述發(fā)射天線均勻線性等間距排列。8. 如權(quán)利要求6所述的賦形裝置，其特征在于，每一個(gè)所述發(fā)射天線具有Q個(gè)獨(dú)立、正交 基帶波形的信號(hào)，其中，Q為正整數(shù)且小于等于Μ。9. 如權(quán)利要求6所述的賦形裝置，其特征在于，所述最小化積分旁瓣水平的準(zhǔn)則表達(dá)式為：為發(fā)射天線的導(dǎo)引矢量其表達(dá)式 其中，Μ為發(fā)射天線個(gè)數(shù)，dT為所述發(fā)射天線之間的間距，所述指向角，k表示第k(k=l， 2，···，Κ)個(gè)波束指向角。10. 如權(quán)利要求6所述的賦形裝置，其特征在于，還包括:波形設(shè)計(jì)模塊，用于根據(jù)所述 最優(yōu)化波形系數(shù)矩陣獲得每個(gè)發(fā)射天線發(fā)射的波形。
【文檔編號(hào)】G01S7/282GK105929372SQ201610232719
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月14日
【發(fā)明人】徐海勝, 王劍, 任勇, 張長(zhǎng)水
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)