一种相参FDA雷达定量化发射方向图设计方法技术

本发明专利技术公开一种相参FDA雷达定量化发射方向图设计方法，本发明专利技术实现了对观测空间内的多个不连续感兴趣区域内发射方向图增益的定量化、差异化设计，提高了FDA雷达的设计自由度。同时，本发明专利技术对相参FDA雷达的基带波形不做约束，不再依赖线性调频波形实现方向图设计。此外，该技术基于相参FDA雷达，与传统MIMO雷达相比不依赖复杂的多维编码波形优化设计，计算复杂度低。本发明专利技术可以广泛应用于对空搜索、空间监视等全数字阵列雷达的相关应用。监视等全数字阵列雷达的相关应用。监视等全数字阵列雷达的相关应用。

【技术实现步骤摘要】
一种相参FDA雷达定量化发射方向图设计方法


[0001]本专利技术涉及阵列信号处理
，更具体地说，特别涉及一种相参FDA雷达定量化发射方向图设计方法。

技术介绍

[0002]频率分集阵列(Frequency Diverse Array,FDA)雷达通过在阵元间引入微小的载频增量，实现方向图主瓣在脉冲持续时间内对大尺度空域的均匀连续扫描。相参FDA雷达的波束扫描特性在对空搜索、对空警戒和空间监视等需要对大尺度观测空间进行宽覆盖的应用背景下具有重要意义。研究表明，在实现空间宽覆盖能力方面，相参FDA雷达相比于传统的数字阵列雷达宽发窄收模式具有更高的发射维角分辨率，而相比于正交多发多收(Mult iple
‑
Input Mult iple
‑
Output，MIMO)雷达，相参FDA雷达不依赖复杂的基带波形优化设计，计算复杂性低。
[0003]然而，在实际观测过程中，观测空间内的感兴趣目标可能集中于若干个不连续的感兴趣区域(Region of Interest，ROI)，此时需要通过发射方向图设计在指定ROI角度范围内形成更高的发射增益。同时，对大尺度观测空间的宽覆盖可能受到来自不同方向的潜在干扰信号和杂波信号的影响，此时则需要通过方向图设计降低来自干扰信号方向上的发射增益。因此，发射方向图设计对相参FDA雷达的实际应用具有重要意义。现有的相关研究工作只提出了一种基于分段线性调频(Linear Frequency Modulated，LFM)波形的相参FDA雷达方向图设计方法，但该方法不仅要求基带波形必须为LFM波形，且无法实现ROI内发射增益的定量化、差异化设计，上述问题使得相参FDA雷达的发射方向图设计方法仍然存在较大的改进空间。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种相参FDA雷达定量化发射方向图设计方法，利用相参FDA雷达的脉内波束扫描特性实现对波束照射空域、照射时间的灵活控制，实现不同ROI内发射增益的定量化、差异化设计。
[0005]本专利技术提供一种相参FDA雷达定量化发射方向图设计方法，相参FDA雷达的发射阵列为沿方位向排列的一维均匀线阵，所述发射阵列包括间隔的M个发射阵元，M个发射阵元包括依次排布的第一发射阵元至第M发射阵元，M为大于或等于2的整数；相邻的发射阵元之间的间距d满足d＝λ/2，λ为发射阵元的载波波长；第m发射阵元具有第m发射信号为s
m
(t)，m为大于或等于1且小于或等于M的整数，相邻发射阵元的发射信号之间存在频率差Δf，Δf＜＜f0，f0为中心频率，包括以下步骤：步骤S1：在观测空间内设置K个感兴趣区域，K个感兴趣区域分别为第一感兴趣区域至第K感兴趣区域，K为大于或等于2的整数；K个感兴趣区域的角度区间的集合为[Θ1,Θ2,...,Θ
K
]，任意第k感兴趣区域的角度区间Θ
k
＝[θ
k,start
,θ
k,end
],且满足k为大于或等于1且小于或等于K的整
数；步骤S2：设置第一感兴趣区域的第一发射增益至第K感兴趣区域的第K发射增益的集合为[ΔG1,ΔG2,...,ΔG
K
]，任意第k发射增益ΔG
k
定义为ΔG
k
＝max(g(Θ
k
))
‑
G
l
，ΔG
k
＝max(g(Θ
k
))
‑
G
l
；max(g(Θ
k
))表示发射方向图在第k感兴趣区域内的最大增益，G
l
为发射增益比较基准；S3：判断步骤S2设置的集合[ΔG1,ΔG2,...,ΔG
K
]中的任意第k发射增益ΔG
k
是否超过发射增益上限ΔG
up
，若超过，则返回步骤S2重新设置第k发射增益ΔG
k
；S4：将第一发射信号至第M发射信号均分别划分为K个子脉冲信号，第m发射信号s
m
(t)的K个子脉冲信号包括第m发射信号s
m
(t)的第一子脉冲信号至第m发射信号s
m
(t)的第K子脉冲信号；第一发射信号的第k子脉冲信号至第M发射信号的第k子脉冲信号对应第k感兴趣区域；初始化第一子脉冲信号至第K子脉冲信号对应的脉冲宽度的集合使得第一发射信号的第k子脉冲信号至第M发射信号的第k子脉冲信号的脉冲宽度的初始值均为k子脉冲信号至第M发射信号的第k子脉冲信号的脉冲宽度的初始值均为初始化第一发射信号的第k子脉冲信号至第M发射信号的第k子脉冲信号中相邻子脉冲信号的载频差,得到初始载频差的集合脉冲信号中相邻子脉冲信号的载频差,得到初始载频差的集合为第一发射信号的第k子脉冲信号至第M发射信号的第k子脉冲信号中相邻子脉冲信号的载频差的初始值，步骤S5：对第一子脉冲信号至第K子脉冲信号的参数进行优化；对任意第k子脉冲信号的参数进行优化的过程包括步骤S51至S53；步骤S51:设置第k子脉冲信号的脉冲宽度的搜索步长为Δ
T
，对任意第k子脉冲信号依次执行若干次循环；在第i次循环中，针对第k个感兴趣区域，更新第k个子脉冲信号的脉冲宽度以及第一发射信号的第k子脉冲信号至第M发射信号的第k子脉冲信号中相邻子脉冲信号的载频差在第i次循环中，根据第k感兴趣区域的角度区间Θ
k
获取当前第一发射信号的第k子脉冲信号的阵列加权系数至第M发射信号中的第k子脉冲信号的阵列加权系数构成的阵列加权矢量[w
1,k
,w
2,k
,...,w
M,k
]T
，其中，第m发射信号中的第k子脉冲信号的阵列加权系数j为虚数单位；在第i次循环中，获取空时耦合的发射方向图P
k，i
(θ，t)，其中，其中，为第i次循环中第k子脉冲信号对应的延迟时间，f0＝c/λ，c表示光速，为第i次循环中第m发射信号s
m
(t)的第k子脉冲信号的载频；l为大于或等于且小于或等于k
‑
1的整数，i为大于或等于1的整数，t为快时间，θ表示方位角，Tp为第一发射信号至第M发射信号各自的脉冲宽度；步骤S52:通过P
k，i
(θ，
t)对快时间积分得到第i次循环中的一维等效方向图g
k,i
(θ)，并获取第k感兴趣区域对应的第i次循环中的第k发射增益步骤S53：判断与ΔG
k
之差的绝对值是否满足若不满足，则对任意第k子脉冲信号继续下一次循环，若满足，则保留当前的和的参数值，令为第k子脉冲信号的脉冲宽度的优化值；为第一发射信号的第k子脉冲信号至第M发射信号的第k子脉冲信号中相邻子脉冲信号的载频差的优化值；步骤S6：根据和并依据系统参数和基带波信号合成各发射阵元的发射信号馈送至射频端；第m发射阵元的第m发射信号表达式如下：如下：为基带波信号，其中
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相参FDA雷达定量化发射方向图设计方法，相参FDA雷达的发射阵列为沿方位向排列的一维均匀线阵，所述发射阵列包括间隔的M个发射阵元，M个发射阵元包括依次排布的第一发射阵元至第M发射阵元，M为大于或等于2的整数；相邻的发射阵元之间的间距d满足d＝λ/2，λ为发射阵元的载波波长；第m发射阵元具有第m发射信号为s
m
(t)，m为大于或等于1且小于或等于M的整数，相邻发射阵元的发射信号之间存在频率差Δf，Δf＜＜f0，f0为中心频率，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：在观测空间内设置K个感兴趣区域，K个感兴趣区域分别为第一感兴趣区域至第K感兴趣区域，K为大于或等于2的整数；K个感兴趣区域的角度区间的集合为[Θ1,Θ2,...,Θ
K
]，任意第k感兴趣区域的角度区间Θ
k
＝[θ
k,start
,θ
k,end
],且满足k为大于或等于1且小于或等于K的整数；步骤S2：设置第一感兴趣区域的第一发射增益至第K感兴趣区域的第K发射增益的集合为[ΔG1,ΔG2,...,ΔG
K
]，任意第k发射增益ΔG
k
定义为ΔG
k
＝max(g(Θ
k
))
‑
G
l
；max(g(Θ
k
))表示发射方向图在第k感兴趣区域内的最大增益，G
l
为发射增益比较基准；S3：判断步骤S2设置的集合[ΔG1,ΔG2,...,ΔG
K
]中的任意第k发射增益ΔG
k
是否超过发射增益上限ΔG
up
，若超过，则返回步骤S2重新设置第k发射增益ΔG
k
；S4：将第一发射信号至第M发射信号均分别划分为K个子脉冲信号，第m发射信号s
m
(t)的K个子脉冲信号包括第m发射信号s
m
(t)的第一子脉冲信号至第m发射信号s
m
(t)的第K子脉冲信号；第一发射信号的第k子脉冲信号至第M发射信号的第k子脉冲信号对应第k感兴趣区域；初始化第一子脉冲信号至第K子脉冲信号对应的脉冲宽度的集合使得第一发射信号的第k子脉冲信号至第M发射信号的第k子脉冲信号的脉冲宽度的初始值均为为初始化第一发射信号的第k子脉冲信号至第M发射信号的第k子脉冲信号中相邻子脉冲信号的载频差,得到初始载频差的集合第k子脉冲信号中相邻子脉冲信号的载频差,得到初始载频差的集合为第一发射信号的第k子脉冲信号至第M发射信号的第k子脉冲信号中相邻子脉冲信号的载频差的初始值，步骤S5：对第一子脉冲信号至第K子脉冲信号的参数进行优化；对任意第k子脉冲信号的参数进行优化的过程包括步骤S51至S53；步骤S51:设置第k子脉冲信号的脉冲宽度的搜索步长为Δ
T
，对任意第k子脉冲信号依次执行若干次循环；在第i次循环中，针对第k个感兴趣区域，更新第k个子脉冲信号的脉冲宽度以及第一发射信号的第k子脉...

【专利技术属性】
技术研发人员：何峰，于雷，张永胜，董臻，粟毅，金光虎，孙造宇，李德鑫，计一飞，何志华，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：