CN104166123B - 大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法 - Google Patents

大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104166123B
CN104166123B CN201410455124.9A CN201410455124A CN104166123B CN 104166123 B CN104166123 B CN 104166123B CN 201410455124 A CN201410455124 A CN 201410455124A CN 104166123 B CN104166123 B CN 104166123B
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveform
radar
orthogonal
launch
ratio
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201410455124.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104166123A (zh
Inventor
刘宏伟
周生华
徐磊磊
臧会凯
曹鼎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201410455124.9A priority Critical patent/CN104166123B/zh
Publication of CN104166123A publication Critical patent/CN104166123A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104166123B publication Critical patent/CN104166123B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/282—Transmitters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法，主要解决现有方法不能实现瞬时发射任意多波束信号及雷达发射能量利用率不高的问题。其实现步骤是：1，确定集中式MIMO雷达的发射天线的阵元个数及需要探测的方位角；2，根据各个探测方位角发射能量的比例和总的码元个数，确定正交雷达波形的码元个数；3，由确定的正交雷达波形的码元个数，选取正交雷达波形集合Q；4，从波形集合Q中选取发射信号并发射该信号，直至波形集合Q中所有码元被全部发射完。本发明能够实现瞬时发射任意多波束正交雷达波形，并且在满足给定方向上发射能量的比例时，有效提高雷达发射能量的利用率，可用于雷达对运动目标的探测跟踪。

Description

大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法
技术领域
本发明属于雷达技术领域，具体的说是一种发射任意多波束的方法，可用于大型相控阵雷达发射正交信号。
背景技术
多输入多输出MIMO雷达是一种新兴的有源探测技术，现已成为雷达技术领域的一个研究热点。根据发射天线和接收天线的间距大小，可以将MIMO雷达分为分布式MIMO雷达和集中式MIMO雷达两类。对于集中式MIMO雷达，其特点是收发天线的阵元间距较小，而且集中式MIMO雷达发射天线的每个阵元可以发射不同的波形，若发射方向图是全向的，此时集中式MIMO雷达发射的波形是正交的。目前，对集中式MIMO雷达波形设计已进行了深入研究。
现有的正交波形设计方法，主要是根据集中式MIMO雷达发射天线阵元的个数，设计相应个数的正交波形。一个有意义的实际工程问题是如何在现有相控阵雷达中实现MIMO工作方式。现有相控阵雷达通常阵元个数较多，如果每个阵元独立发射相互独立脉冲编码信号时，可能会存在以下两个问题：第一，由于每个发射天线需要独立的信号源，以至于每个发射天线发射机制的复杂度会大幅增加；第二，如果对每个独立阵元发射的相互独立脉冲编码信号进行优化，由于自由变量个数等于发射天线个数乘以每个波形的码元个数，如此多自由变量的优化问题目前缺乏有效的优化手段，而且计算量较大，因此无法实现发射任意方向的信号，并且在给定方向发射能量的比例时，难以提高雷达发射能量的利用率。
发明内容
本发明的主要目的在于针对上述问题，提出了一种大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法，以实现无优化过程的单脉冲多波束信号的发射，提高在给定方向发射能量比例时雷达发射能量的利用率。
实现本发明的技术思路是：根据雷达发射波形个数和各个正交雷达波形的码元个数，从给定的正交波形库中选取对应的正交雷达波形，采用大型相控阵雷达发射机制实现瞬时发射任意多波束正交雷达波形，并结合能量优化分配算法，在给定方向上发射能量的比例时有效提高雷达发射能量的利用率。
根据上述思路，本发明下技术方案包括如下步骤：
(1)根据集中式MIMO雷达系统确定其发射天线的阵元个数N，并按照实际需要确定进行探测的方位角和探测的方位角个数Nθ，其中i∈[1,Nθ]，正交雷达波形的个数等于探测方位角的个数Nθ；
(2)由实际给定的探测方位角发射能量的比例，确定对应方向发射波形信噪比的比例，然后根据对应方向发射波形信噪比的比例，确定对应方向发射的正交雷达波形的码元个数分别为其中为波形si总的码元个数，i∈[1,Nθ]，Nθ为探测的方位角个数；
(3)根据步骤(2)得到的各个方位角发射的正交雷达波形的码元个数，从给定的正交波形库中选取对应的正交雷达波形集合其中i∈[1,Nθ]，Nθ为探测的方位角个数；
(4)记正交雷达波形集合Q各个波形已发射的码元个数集合为从个数集合P中选取一个元素记为ki，令ki自加1，其中i∈[1,Nθ]，Nθ为探测的方位角个数；
(5)发射正交雷达波形集合Q中波形si的第ki个码元，并判断该方向码元是否全部发射结束：若则该方向码元没有全部发射完，返回步骤(4)，其中为波形si总的码元个数；若则该方向码元已全部发射完，将ki从个数集合P中舍去并转到步骤(6)；
(6)判断舍去元素ki后个数集合P是否为空集：若此时个数集合P为空集，则结束发射；若此时个数集合P为非空集，则返回步骤(4)。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
a)本发明由于离线构造好了正交雷达波形库，可以根据正交雷达波形个数和各个正交雷达波形的码元个数，从构造好的正交波形库中选取对应的正交雷达波形，所以本发明无需进行波形设计；
b)本发明由于给出了在一个发射周期内发射任意波束指向的信号发射机制并且该发射机制无需优化，所以本发明可以实现任意方向性信号的产生。
c)本发明由于通过给定的探测方位角上发射能量的比例，得到探测方位角上信噪比的比例，然后根据得到的探测方位角上信噪比的比例进行码元的合理分配，使发射的方向图能够更好的逼近期望发射方向图，所以本发明能够有效提高雷达发射能量的利用率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：
图1是本发明的实现总流程图；
图2是本发明构造发射信号的子流程图；
图3是本发明给定方向上发射能量的比例为1:1:3的发射方向图；
图4是本发明给定方向上发射能量的比例为4:5:11的发射方向图。
具体实施方式
参照图1，本发明的实现步骤如下：
步骤1，确定集中式MIMO雷达的发射天线的阵元个数N，需要探测的方位角探测的方位角个数Nθ和正交雷达波形的个数，其中i∈[1,Nθ]。
根据实际的集中式MIMO雷达系统得到发射天线的阵元个数N，且发射天线是半波间距的均匀线阵。
根据实际探测需求确定Nθ个探测方位角分别为且正交雷达波形的个数等于探测方位角的个数Nθ，其中i∈[1,Nθ]。
步骤2，确定正交雷达波形的码元长度。
由于实际已知的各个探测方位角发射能量的比例在数值上可看做对应方向上所需信噪比的比例，且发射正交雷达波形的总的码元个数是固定的为NSum，故可根据正交雷达波形的码元个数公式进行分配码元个数，求得探测方位角码元分配的结果分别为其中i∈[1,Nθ]，Nθ表示探测方位角的个数，SNRi表示方位角θi方向上的信噪比，round(·)表示取整数，×表示乘积，∑表示求和。
步骤3，选取一组正交雷达波形。
根据各个方位角发射的正交雷达波形的码元个数，从给定的正交波形库中选取对应的正交雷达波形集合记为：其中，i∈[1,Nθ]，Nθ表示探测方位角的个数，正交波形库是基于波形个数和每个波形的码元个数预先离线设定好的。
步骤4，选取发射信号并发射该信号，判断是否继续发射。
参考图2，本步骤的具体实现如下：
4a)记正交雷达波形集合S中各个波形已发射的码元个数分别为k1,k2,...,ki,...kN,并设他们的初始值均为0，记个数集合其中i∈[1,Nθ]，Nθ表示探测方位角的个数；
4b)从个数集合P中选取一个元素记为ki，令ki自加1，其中ki表示正交雷达波形si的第ki个码元，i∈[1,Nθ]，Nθ表示探测方位角的个数，从个数集合P中选取元素的方式是根据实际发射顺序的需求进行的，即采用随机选取，或者按某种预先设定好的顺序选取；
4c)将正交雷达波形集合Q发射波形si的第ki个码元记为si(ki)，集中式MIMO雷达发射天线的N个阵元的信号源同时输出码元si(ki)；
4d)对于探测方位角θi，得到各天线发射的信号矢量为si(ki)a(θi)；
4e)通过集中式MIMO雷达天线将所述的信号矢量si(ki)a(θi)发射出去，发射后在方位角θi处的发射信号为：aH(θi)si(ki)a(θi)＝Nsi(ki)，其中导向矢量(·)H表示(·)的共轭转置，i∈[1,Nθ]，Nθ为探测的方位角个数，N为发射天线的阵元个数；
4f)发射完波形si的第ki个码元后，判断该方向码元是否全部发射完：
若则该方向码元没有全部发射完，返回步骤4b)，其中为波形si总的码元个数；
若则该方向码元已全部发射完，将ki从个数集合P中舍去并转到步骤4g)；
4g)判断此时个数集合P是否非空集：若此时个数集合P为空集，则结束发射；若此时个数集合P为非空集，则返回步骤4b)。
本发明的效果可以通过以下仿真结果进一步说明：
1、仿真条件
本仿真中集中式MIMO雷达发射天线的阵元个数N＝1024，探测的方位角个数Nθ＝3,假设探测方位角的指向为-30°,0°,30°，发射信号总的码元个数为NSum＝100。
2、仿真内容
仿真1，探测方位角-30°,0°,30°方向上发射能量比例为1:1:3的情况：
由上述给定的发射能量1:1:3的比例，求得探测方位角-30°,0°,30°分配的码元个数比例为N1:N2:N3＝20:20:60，按照分配的码元个数比例合成发射方向图，如图2所示。
由图2表明，在方位角-30°,0°,30°合成的发射方向图的峰值分别为-4.7712dB，-4.7712dB，0dB，对应非均一化的峰值分别为8.53，8.53，25.59，由此可知在方位角为-30°,0°,30°峰值的比例为1:1:3。
仿真2，探测方位角-30°,0°,30°方向上发射能量比例为4:5:11的情况：
由上述给定的发射能量4:5:11的比例，求得探测方位角-30°,0°,30°分配的码元个数比例为N1:N2:N3＝20:25:55，按照分配的码元个数比例合成发射方向图，结果如图3所示。
由图3表明，在方位角-30°,0°,30°合成的发射方向图的峰值分别为-4.3933dB，-3.4242dB，0dB，对应非均一化的峰值分别为8.53，10.66，23.46，由此可知在方位角为-30°,0°,30°峰值的比例近似为4:5:11。
在本发明的发射机制下发射正交雷达波形，根据给定方向上发射能量的比例得到探测目标所需的信噪比的比例，按照求得的探测目标所需的信噪比的比例分配码元个数，从仿真结果1和仿真结果2可以看出，按照探测目标所需的信噪比的比例进行分配的码元个数，合成的发射方向图的峰值的比例近似等于给定方向上发射能量的比例。故采用本发明的发射方法按照给定方向上发射能量的比例合成的发射方向图能够更好的逼近期望发射方向图，有效提高了雷达发射能量的利用率。
以上描述仅是本发明的一个具体实例，并不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法，包括以下步骤：
(1)根据集中式MIMO雷达系统确定其发射天线的阵元个数N，并按照实际需要确定进行探测的方位角和探测的方位角个数Nθ，其中i∈[1,Nθ]，正交雷达波形的个数等于探测方位角的个数Nθ；
(2)由实际给定的探测方位角发射能量的比例，确定对应方向发射波形信噪比的比例，然后根据对应方向发射波形信噪比的比例，确定对应方向发射的正交雷达波形的码元个数分别为其中为波形si总的码元个数；
(3)根据步骤(2)得到的各个方位角发射的正交雷达波形的码元个数，从给定的正交波形库中选取对应的正交雷达波形集合
(4)记正交雷达波形集合Q各个波形已发射的码元个数集合为从个数集合P中选取一个元素记为ki，令ki自加1；
(5)发射正交雷达波形集合Q中波形si的第ki个码元，并判断该方向码元是否全部发射结束：若则该方向码元没有全部发射完，返回步骤(4)，其中为波形si总的码元个数；若则该方向码元已全部发射完，将ki从个数集合P中舍去并转到步骤(6)；
(6)判断舍去元素ki后个数集合P是否为空集：若此时个数集合P为空集，则结束发射；若此时个数集合P为非空集，则返回步骤(4)。
2.根据权利要求1所述的大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法，其中步骤(4)所述的从个数集合P中选取一个元素记为ki，是根据实际发射顺序的要求进行选取，即选取方式为随机选取或按预先设定好的顺序选取。
3.根据权利要求1所述的大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法，其中步骤(5)所述的发射正交雷达波形集合Q中波形si的第ki个码元，按如下步骤发射：
3a)将正交雷达波形集合Q发射波形si的第ki个码元记为si(ki)，集中式MIMO雷达发射天线的N个阵元的信号源同时输出码元si(ki)；
3b)对于探测方位角θi，得到各天线发射的信号矢量为si(ki)a(θi)；
3c)通过集中式MIMO雷达天线将所述的信号矢量si(ki)a(θi)发射出去，发射后在方位角θi处的发射信号为：aH(θi)si(ki)a(θi)＝Nsi(ki)，其中导向矢量(·)H表示(·)的共轭转置。
CN201410455124.9A 2014-09-09 2014-09-09 大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法 Active CN104166123B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410455124.9A CN104166123B (zh) 2014-09-09 2014-09-09 大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410455124.9A CN104166123B (zh) 2014-09-09 2014-09-09 大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104166123A CN104166123A (zh) 2014-11-26
CN104166123B true CN104166123B (zh) 2016-07-06

Family

ID=51910024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410455124.9A Active CN104166123B (zh) 2014-09-09 2014-09-09 大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104166123B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020037321A1 (en) * 2018-08-17 2020-02-20 Aura Intelligent Systems, Inc. Synthetic aperture antenna array for 3d imaging

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104898095B (zh) * 2015-06-08 2017-04-19 西安电子科技大学 基于循环前缀的mimo雷达超低副瓣距离重建方法
CN106443663B (zh) * 2016-09-30 2019-03-29 西安电子科技大学 一种用于相控阵雷达降维四通道和差波束测角的方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8670390B2 (en) * 2000-11-22 2014-03-11 Genghiscomm Holdings, LLC Cooperative beam-forming in wireless networks
WO2005050776A2 (en) * 2003-11-13 2005-06-02 California Institute Of Technology Monolithic silicon-based phased arrays for communications and radars
CN103401661B (zh) * 2013-08-08 2016-07-06 电子科技大学 一种基于mimo雷达通信的一体化编解码方法
CN103852751B (zh) * 2014-03-26 2016-07-06 西安电子科技大学 基于接收波束形成的集中式mimo雷达波形设计方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020037321A1 (en) * 2018-08-17 2020-02-20 Aura Intelligent Systems, Inc. Synthetic aperture antenna array for 3d imaging

Also Published As

Publication number Publication date
CN104166123A (zh) 2014-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105790806B (zh) 混合波束赋形技术中的公共信号传输方法及装置
CN102412885B (zh) Lte中的三维波束赋形方法
Khan et al. Range-bins-based MIMO frequency diverse array radar with logarithmic frequency offset
CN107656257B (zh) 一种弹载mimo雷达波形协方差矩阵的优化设计方法
US8804796B2 (en) Wireless apparatus and wireless communication system
CN105785328B (zh) 基于子阵划分的fda距离-角度解耦合波束形成方法
CN102710309B (zh) 适用于大规模天线阵列的同步信号发射方法
CN108232470A (zh) 一种天线系统和移动终端
KR20160055590A (ko) 레이더 신호 처리를 위한 빔 형성 장치 및 그 방법
CN109991577A (zh) 基于fda-ofdm的低截获发射信号设计方法
CN103076596A (zh) 基于先验信息的mimo雷达发射方向图设计方法
CN101453255A (zh) 一种波束成形的方法、系统和装置
KR20120109611A (ko) 빔형성 방법, 프레임 포맷 사용 방법, 빔형성 및 결합 가중치 선택 방법, 빔 형성 장치, 가입자 디바이스, 피코넷 컨트롤러 및 컴퓨터 판독 가능한 매체
CN106529440B (zh) 相干频率分集阵雷达分段匹配滤波方法
CN109412723B (zh) 一种mimo信道分析模型、建模方法及计算机可读存储介质
CN111245479A (zh) 被配置为执行波束扫描操作的无线通信设备及其操作方法
CN104166123B (zh) 大型相控阵雷达利用正交信号发射任意多波束的方法
CN106374235A (zh) 一种基于子阵化四维天线阵的mimo雷达装置
CN104698430A (zh) 一种用于提高精度的基于虚拟天线阵列的角度估计方法
WO2013178166A1 (zh) 通信设备、波束形成的方法及装置
CN105814869B (zh) 全双工天线以及移动终端
Wang et al. Joint communications with FH-MIMO radar systems: An extended signaling strategy
CN106324602B (zh) 一种mimo声呐系统
CN105093204A (zh) 子阵级混合mimo-相控阵系统
CN102998657B (zh) 基于随机空时编码的集中式mimo雷达旁瓣压缩方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant