基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，其主要思路为：确定圆柱阵集中式MIMO雷达，该圆柱阵集中式MIMO雷达收发一体，且包含N圈阵元，每圈阵元包含Nt个阵元，分别得到N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量进而计算N圈阵元的导向矢量根据计算集中式MIMO雷达接收波束形成的权重为进而计算集中式MIMO雷达接收波束形成的优化权重为将期望的发射方向图记为然后将按所述相位差列向量的排列顺序进行排列，得到期望发射方向图的列向量计算集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S的设计准则，进而计算最终的集中式MIMO雷达的波形矩阵

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达波形获取
，特别涉及一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，适用于降低相同方向信号的自相关旁瓣电平和不同方向的互相关电平，并且逼近期望的发射方向图。
技术介绍
共形阵天线通常是指阵列表面与载体平台外形相吻合的特殊阵列流形，与传统的平面阵天线相比，共形阵天线的特殊阵列流形使其各个阵元的朝向与曲面法向保持一致，从而使共形阵天线的波束扫描范围从平面阵天线通常的±60°立体角扩展到半空间，甚至全空间覆盖，显著提高了雷达的视场范围；另外，共形阵天线能够与高速飞行载体，诸如战斗机、导弹、卫星等充分共形，且不会破坏载体平台的外形设计，不仅能够大幅度降低飞行载体的雷达截面积(RCS)，提高电子系统在现代复杂电磁环境中的抗电磁干扰能力，而且还能满足飞机、导弹高速飞行时的空气动力外形结构要求，降低飞行器空气阻力，极大提高了飞行器的生存力与战斗力。但是，目前针对共形阵的研究主要是共形相控阵雷达的研究，研究内容主要包括共形阵的阵元布阵、自适应波束形成和共形阵空域信号处理等内容；由于相控阵雷达发射端的自由度较少，通常产生一个主瓣的方向图效果较好，但是同时产生多波束的方向图效果通常较差。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，该种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法能够降低相同方向信号的自相关旁瓣电平和不同方向的互相关电平，进而得到最终的集中式MIMO雷达的波形矩阵。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，包括以下步骤：步骤1，确定圆柱阵集中式MIMO雷达，该圆柱阵集中式MIMO雷达收发一体，且包含N圈阵元，每圈阵元包含Nt个阵元，分别将第k圈阵元中第i个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差记为将第k圈阵元中第i个阵元的电场强度记为k＝1,2,…,N,i＝1,2,...,Nt，进而分别得到N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量θ表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测方位角，表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测俯仰角；步骤2，根据N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量计算得到N圈阵元的导向矢量步骤3，根据N圈阵元的导向矢量计算得到集中式MIMO雷达接收波束形成的权重进而计算得到集中式MIMO雷达接收波束形成的优化权重步骤4，将期望的发射方向图记为所述期望发射方向图为Nθ行列矩阵；然后将期望的发射方向图按所述相位差列向量的排列顺序进行排列，得到期望发射方向图的列向量步骤5，根据N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量N圈阵元的电场强度列向量集中式MIMO雷达接收波束形成的优化权重和期望发射方向图列向量计算得到集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S的设计准则；步骤6，根据集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S的设计准则，计算得到最终的集中式MIMO雷达的波形矩阵本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：(a)本专利技术基于圆柱阵的MIMO雷达均匀分布在圆柱阵上，圆柱阵能够扫描整个空间，使得本专利技术方法得到的集中式MIMO雷达波形能够实现整个空间区域同时观测；(b)本专利技术由于考虑了集中式MIMO接收波束形成时不同方向波束的衰减系数，因此能够获得更好的自相关旁瓣电平和互相关电平；(c)本专利技术基于圆柱阵的共形阵天线，并且基于集中式MIMO雷达，具有更多的自由度，进而能够获得更好的发射方向图。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术的一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法流程图；图2是本专利技术使用序列二次规划算法求解波形设计准则时的子流程图；图3是本专利技术使用的微带天线H面的天线方向图；图4是使用本专利技术方法得到的集中式MIMO雷达波形不同方向的相关性示意图；图5是使用本专利技术方法得到的发射方向图与期望方向图的对比图。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法流程图；所述基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，包括以下步骤：步骤1，确定圆柱阵集中式MIMO雷达，该圆柱阵集中式MIMO雷达收发一体，且包含N圈阵元，每圈阵元所在平面之间相互平行，每圈阵元的半径为R，并且每圈阵元包含Nt个阵元，所述Nt个阵元既是发射阵元也是接收阵元；每圈阵元所在平面的相邻阵元之间的弧长为l1，并且相邻阵元各自所在平面的间距为l2；分别确定圆柱阵集中式MIMO雷达的方位角探测范围[θmin,θmax]和俯仰角探测范围以及分别确定圆柱阵集中式MIMO雷达的探测方位角θ和圆柱阵集中式MIMO雷达的探测俯仰角分别将第k圈阵元中第i个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差记为将第k圈阵元中第i个阵元的电场强度记为k＝1,2,…,N,i＝1,2,...,Nt，进而分别得到N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量所述N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量为第1圈阵元所在平面中的Nt个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差到第N圈阵元所在平面中的Nt个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差所述第1圈阵元所在平面中的Nt个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差为第1圈阵元所在平面中的第1个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差到第1圈阵元所在平面中的第Nt个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差所述第N圈阵元所在平面中的Nt个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差为第N圈阵元所在平面中的第1个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差到第N圈阵元所在平面中的第Nt个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差所述N圈阵元的电场强度列向量为第1圈阵元中Nt个阵元的电场强度到第N圈阵元中Nt个阵元的电场强度所述第1圈阵元中Nt个阵元的电场强度为第1圈阵元中第1个阵元的电场强度到第1圈阵元中第Nt个阵元的电场强度所述第N圈阵元中Nt个阵元的电场强度为第N圈阵元中第1个阵元的电场强度到第N圈阵元中第Nt个阵元的电场强度其中，θ表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测方位角，θ∈[θmin,θmax]，θmin表示探测方位角的最小角度，θmax表示探测方位角的最大角度，表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测俯仰角，表示探测俯仰角的最小角度，表示探测俯仰角的最大角度；并根据实际需要确定每圈阵元包含的Nt个阵元各自发射的相位编码信号的长度为Ns。步骤2，根据N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量计算得到N圈阵元的导向矢量其中，⊙表示点乘。具体地，将N圈阵元平面中的每圈Nt个阵元在方向的电场强度和相位差的乘积按某种排列顺序排成一个列向量即分别将第k圈阵元中第i个阵元的相位差和第k圈阵元中第i个阵元的电场强度按某种排列顺序排成N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量k＝1,2,…,N,i＝1,2,...,Nt；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定圆柱阵集中式MIMO雷达，该圆柱阵集中式MIMO雷达收发一体，且包含N圈阵元，每圈阵元包含Nt个阵元，分别将第k圈阵元中第i个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差记为将第k圈阵元中第i个阵元的电场强度记为k＝1,2,…,N,i＝1,2,...,Nt，进而分别得到N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量θ表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测方位角，表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测俯仰角；步骤2，根据N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量计算得到N圈阵元的导向矢量步骤3，根据N圈阵元的导向矢量计算得到集中式MIMO雷达接收波束形成的权重进而计算得到集中式MIMO雷达接收波束形成的优化权重步骤4，将期望的发射方向图记为所述期望发射方向图为Nθ行列矩阵；然后将期望的发射方向图按所述相位差列向量的排列顺序进行排列，得到期望发射方向图的列向量所述相位差列向量的排列顺序为所述相位差列向量中探测方位角的大小顺序或所述相位差列向量中探测俯仰角的大小顺序；步骤5，根据N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量N圈阵元的电场强度列向量集中式MIMO雷达接收波束形成的优化权重和期望发射方向图列向量得到集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S的设计准则；步骤6，根据集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S的设计准则，计算得到最终的集中式MIMO雷达的波形矩阵...

【技术特征摘要】
1.一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定圆柱阵集中式MIMO雷达，该圆柱阵集中式MIMO雷达收发一体，且包含N圈阵元，每圈阵元包含Nt个阵元，分别将第k圈阵元中第i个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差记为将第k圈阵元中第i个阵元的电场强度记为k＝1,2,…,N,i＝1,2,...,Nt，进而分别得到N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量θ表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测方位角，表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测俯仰角；步骤2，根据N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量和N圈阵元的电场强度列向量计算得到N圈阵元的导向矢量步骤3，根据N圈阵元的导向矢量计算得到集中式MIMO雷达接收波束形成的权重进而计算得到集中式MIMO雷达接收波束形成的优化权重步骤4，将期望的发射方向图记为所述期望发射方向图为Nθ行列矩阵；然后将期望的发射方向图按所述相位差列向量的排列顺序进行排列，得到期望发射方向图的列向量所述相位差列向量的排列顺序为所述相位差列向量中探测方位角的大小顺序或所述相位差列向量中探测俯仰角的大小顺序；步骤5，根据N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量N圈阵元的电场强度列向量集中式MIMO雷达接收波束形成的优化权重和期望发射方向图列向量得到集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S的设计准则；步骤6，根据集中式MIMO雷达N圈阵元的波形矩阵S的设计准则，计算得到最终的集中式MIMO雷达的波形矩阵2.如权利要求1所述的一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，其特征在于，在步骤1中，所述N圈阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位中心的相位差列向量为第1圈阵元所在平面中的Nt个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差到第N圈阵元所在平面中的Nt个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差所述第1圈阵元所在平面中的Nt个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差为第1圈阵元所在平面中的第1个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差到第1圈阵元所在平面中的第Nt个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差所述第N圈阵元所在平面中的Nt个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差为第N圈阵元所在平面中的第1个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差到第N圈阵元所在平面中的第Nt个阵元相对于圆柱阵集中式MIMO雷达天线相位差所述N圈阵元的电场强度列向量为第1圈阵元中Nt个阵元的电场强度到第N圈阵元中Nt个阵元的电场强度所述第1圈阵元中Nt个阵元的电场强度为第1圈阵元中第1个阵元的电场强度到第1圈阵元中第Nt个阵元的电场强度所述第N圈阵元中Nt个阵元的电场强度为第N圈阵元中第1个阵元的电场强度到第N圈阵元中第Nt个阵元的电场强度θ表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测方位角，表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测俯仰角；所述θ表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测方位角和所述表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测俯仰角，还包括：θ∈[θmin,θmax]，θmin表示探测方位角的最小角度，θmax表示探测方位角的最大角度，表示圆柱阵集中式MIMO雷达的探测俯仰角，表示探测俯仰角的最小角度，表示探测俯仰角的最大角度。3.如权利要求1所述的一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，其特征在于，在步骤2中，所述N圈阵元的导向矢量其表达式为：其中，⊙表示点乘。4.如权利要求1所述的一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，其特征在于，在步骤3中，所述集中式MIMO雷达接收波束形成的权重为和所述集中式MIMO雷达接收波束形成的优化权重为其表达式分别为：其中，Rr表示集中式MIMO雷达的干扰信号协方差矩阵，表示N圈阵元的导向矢量，圆柱阵集中式MIMO雷达包含N圈阵元，Nt表示圆柱阵集中式MIMO雷达的每圈阵元个数，上标H表示共轭转置。5.如权利要求2所述的一种基于圆柱阵的集中式MIMO雷达波形优化方法，其特征在于，步骤4的子步骤为：4a)将圆柱阵集中式MIMO雷达的方位角探测范围[θmin,θmax]和圆柱阵集中式MIMO雷达的俯仰角探测范围分别等间隔均匀离散为Nθ维方位角向量和维俯仰角向量其中，θν表示第ν个方位角，表示第μ个俯仰角，ν＝1,2,...,Nθ,Nθ表示将圆柱阵集中式MIMO雷达的方位角探测范围[θmin,θmax]等间隔均匀离散为方位角向量后包含的方位角个数，表示将圆柱阵集中式MIMO雷达的俯仰角探测范围等间隔均匀离散为俯仰角向量后包含的俯仰角个数；4b)根据实际需要，分别确定期望的探测方向以及确定期望发射方向图在方位维的主瓣宽度δθ和俯仰维的主瓣宽度其中，θd表示期望探测到的方位角角度，表示期望探测到的俯仰角角度；4c)如果θd-δθ/2≤θν≤θd+δθ/2并且则第ν个方位角θν、第μ个俯仰角处的期望发射方向图Bp(ν,μ)＝1；否则，第ν个方位角θν、第μ个俯仰角处的期望发射方向图Bp(ν,μ)＝0，ν＝1,2,…,Nθ，进而得到第1个方位角θ1、第1个俯仰角处的期望发射方向图到第Nθ个方位角第个俯仰角处的期望发射方向图，并记为期望的发射方向图4d)将所述期望的发射方向图按N圈阵元相对于圆柱阵集中式M...

【专利技术属性】
技术研发人员：周生华，刘宏伟，徐磊磊，张新勋，臧会凯，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61