CN110865339A - 一种超稀疏广域分布式阵列的栅瓣抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种超稀疏广域分布式阵列的栅瓣抑制方法。本发明提出了一种视场范围内无栅瓣的超稀疏广域分布式阵列栅瓣抑制技术，特征在于同时发射两个频率信号首先根据天线阵列模型得到天线阵列流型公式，然后计算两个频点的相位差，接着计算在保证不产生栅瓣情况下的信号频差范围，得到信号频差范围后，在发射端同时发射两个频率信号，使两信号载频的差值在此频差范围之内，这样双频情况下计算阵列加权输出将得到没有栅瓣的波束图。本发明利用两个频点间的偏差确保不出现相位模糊，解决了超稀疏广域分布式天线阵列出现的栅瓣问题，突破了现有栅瓣抑制方法技术风险大与优化效果差的缺点。

Description

一种超稀疏广域分布式阵列的栅瓣抑制方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种超稀疏广域分布式阵列的栅瓣抑制方法。

背景技术

分布式阵列雷达布阵范围往往长达数公里，而阵元数只有数个，因此会形成超稀疏阵型，出现极密集的栅瓣，使得角度估计出现模糊。现有的栅瓣抑制技术主要包括：变频技术和优化布阵技术。变频技术将不同频点的阵型图两两相乘，其优点在于可以有效抑制栅旁瓣，且能保持主瓣分辨率不变，然而该方法在实际应用中技术风险极大，只要噪声或者同步误差使得两个频点处的目标的主瓣稍微错开点，主瓣处两两相乘，主瓣增益很有可能大幅度衰减，甚至变为零。优化布阵技术即找出某种阵元的规律，使目标阵旁瓣水平最低，该方法得只能将旁瓣电平降低到一定程度，并且在实际应用中必须保证很高的阵元位置精度，因此很难达到理论上的优化效果。

发明内容

本发明的目的是为了解决超稀疏广域分布式天线阵列出现的栅瓣问题，并针对现有的栅瓣抑制技术存在的缺点与不足，提出了一种视场范围内无栅瓣的超稀疏广域分布式阵列栅瓣抑制技术，原理是同时发射两个频率信号，通过两个频点间的偏差确保不出现相位模糊，可以确保超稀疏广域分布式阵列不出现栅瓣。

本发明的技术方案是：

一种超稀疏广域分布式阵列栅瓣抑制技术，其特征在于同时发射两个频率信号，利用两个频点间的偏差确保不出现相位模糊。其具体步骤如下：

步骤1：根据天线阵列模型得到天线阵列流型公式。

简单起见考虑远场线阵。假设阵列孔径为L，第i个阵元的位置为(x_i,y_i)＝((i-1)d,0),i＝1,2,...,N，其中d为阵元间的间距，N为阵元数。设θ为目标方位角，按照传统方法发射单频率信号的话，第i个天线的阵列流形为：

a_i＝e^j2πfL/c＝e^{-j2πd(i-1)cosθ/λ}

其中λ为波长，c为电磁波传播速度，c＝3×10⁸m/s。

假设按照本发明提出的方法，同时发射两个频率信号，则第i个天线的阵列流形为：

其中j代表第j个频点，λ_j为第j个频点对应的波长。

步骤2：计算两个相邻阵元间的相位差，进而得到两个频点的相位差。

第j个频点对应的两个相邻阵元的相位差为：

则两个频点的相位差为：

步骤3：计算在保证不产生栅瓣情况下的信号频差范围。

只要保证

即可保证无模糊，则频差f₂-f₁应满足

假设使用传统方法发射单频率信号的话，为了保证不出现相位模糊，应有

这时阵元间距d受制于载频f，而所提方法，阵元间距d受制于频差f₂-f₁，对于广域分布式阵列阵元间距数公里，只要频率差足够小，就可以确保

从而不产生栅瓣。

频差f₂-f₁应满足

步骤4：在发射端同时发射两个频率信号，信号载频为分别为f₁和f₂，使f₂-f₁满足步骤3计算得到的频差分布范围。

步骤5：以频差代替原来的单频率，得到阵列加权输出将不会产生栅瓣。

阵列加权输出为：

其中x_ij为第i个阵元第j个频点对应的基带信号，N为阵列阵元数。

本发明的有益效果是：

本发明设计了一种超稀疏广域分布式阵列栅瓣抑制技术，有别于传统栅瓣抑制技术，本发明所提出的双频参差无栅瓣技术同时发射两个频率信号，利用两个频点间的偏差确保不出现相位模糊，从而解决了超稀疏广域分布式天线阵列出现的栅瓣问题，突破了现有栅瓣抑制方法技术风险大与优化效果差的缺点。

附图说明

图1为本发明方法流程示意图；

图2为发射单频率信号(信号载频f＝200MHz)得到的波束图；

图3为发射双频率信号(信号载频分别为f₁＝200MHz，f₂＝200.1MHz)得到的波束图；

图4为发射不同频差的双频信号得到的波束对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详细描述本发明的技术方案：

如图1所示，本发明的流程为：首先根据天线阵列模型得到天线阵列流型公式；然后计算两个相邻阵元间的相位差，进而得到两个频点的相位差；接着根据频点的相位差计算在保证不产生栅瓣情况下的信号频差范围；在得到信号频差范围后，在发射端同时发射两个频率信号，使两信号载频的差值在上一步计算得到的信号频差范围之内；最后计算阵列加权输出，得到没有栅瓣的波束图。

实施例：

假设5阵元均匀分布在5km范围内，相邻阵元间的间距d＝1.25km，第i个阵元的位置坐标为(x_i,y_i)＝((i-1)d,0)。假如按照传统方法，发射单频率信号，设信号载频f＝200MHz，则得到的波束图如附图2所示，产生了严重的栅瓣现象。下面利用本发明提出的栅瓣抑制方法进行处理。

步骤1：写出天线阵列流型公式。天线阵列为均匀线阵，假设同时发射两个频率信号，信号载频分别为f₁和f₂，设目标方位角θ＝90°，则第i个天线的阵列流形为：

其中j代表第j个频点，λ_j为第j个频点对应的波长。

步骤2：计算两个频点的相位差。

第j个频点对应的两个相邻阵元的相位差为：

则两个频点的相位差为：

步骤3：计算在不产生栅瓣情况下的信号频差范围。只要保证

即可保证无模糊，即

频差f₂-f₁应满足

即发射的双频率信号的频差在0.12Mhz之内即可保证无栅瓣。

步骤4：在发射端同时发射两个频率信号，信号载频f₁和f₂的差值在0.12MHz之内。

步骤5：计算双频情况下的阵列加权输出，假设信号载频f₁＝200MHz和f₂＝200.1MHz，得到的波束图如附图3所示，可以看到没有产生栅瓣。

为了进一步验证本发明方法的准确性，我们改变双频信号的频差范围，试验验证4组不同频差下的波束图情况：f₁＝200MHz和f₂＝200.1MHz、f₁＝200MHz和f₂＝200.12MHz、f₁＝200MHz和f₂＝201MHz、f₁＝200MHz和f₂＝205MHz，得到的波束对比图如附图4所示。从验证结果可以看出：在频差不超过0.12Mhz时没有产生栅瓣，而频差大于0.12MHz的两组试验则产生了栅瓣现象。本实施方式非常有效地抑制了栅瓣现象。

Claims (1)

1.一种超稀疏广域分布式阵列的栅瓣抑制方法，其特征在于，包括以下：

S1、设阵列孔径为L，第i个阵元的位置为(x_i,y_i)＝((i-1)d,0),i＝1,2,...,N，其中d为阵元间的间距，N为阵元数，设θ为目标方位角，同时发射两个频率信号，则第i个天线的阵列流形为：

其中j代表第j个频点，λ_j为第j个频点对应的波长；

S2、计算两个相邻阵元间的相位差，得到两个频点的相位差：

第j个频点对应的两个相邻阵元的相位差为：

则两个频点的相位差为：

S3、令

频差f₂-f₁满足：

S4、在发射端同时发射两个频率信号，信号载频为分别为f₁和f₂，使f₂-f₁满足步骤S3的频差分布范围；

S5、以频差代替单频率，得到阵列加权输出将不会产生栅瓣，阵列加权输出为：

其中x_ij为第i个阵元第j个频点对应的基带信号，N为阵列阵元数。

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