CN111366918A - 一种切旁瓣方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切旁瓣方法和使用该方法的装置，涉及阵列数字波束形成辐射源接收领域，包括大于等于2面的DBF接收阵列，各所述DBF接收阵列包括形成主波束的通道，抽取部分所述通道在形成主波束的同时形成切旁瓣波束；采集所述各阵列通道数据，形成各阵列的主波束，抽取各阵列一定数目的通道数据，形成各阵列第一切旁瓣波束；处理各第一切旁瓣波束得到第二切旁瓣波束，所述第二切旁瓣波束用于对主波束副瓣来波方向的信号进行副瓣抑制；使用第二切旁瓣波束处理各主波束完成对主波束覆盖方向的信号接收；由于切旁瓣用通道数据共用主波束用通道数据，各DBF接收阵列不单独设置切旁瓣通道，大幅降低了系统设备规模和成本。

Description

一种切旁瓣方法及装置

技术领域

本发明涉及阵列数字波束形成辐射源接收领域，尤其涉及一种切旁瓣方法 及装置。

背景技术

在辐射源接收领域，阵列DBF技术因灵敏度高、空域覆盖宽的特点得到 了广泛应用。但高灵敏度和宽空域覆盖的同时也更容易受到非覆盖区域入射信 号的影响，因此，DBF接收阵列必须配置多个指向的切旁瓣天线实现非覆盖区 域的副瓣抑制。

如图1所示，现有设计中，多个DBF接收阵列均采用独立的切旁瓣天线 组实现各自的副瓣抑制，天线、接收通道和阵列处理资源是单阵列的整倍数， 系统规模大、成本高，且当各阵列距离较近时，可能存在阵列之间相互遮挡造 成切旁瓣天线波束方向图变化而导致副瓣不能完全抑制的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何通过不单独设置切旁瓣天线、通道和 处理资源，也能完成非覆盖区域的副瓣抑制并得到主波束覆盖方向的信号，以 减少系统规模。

本发明提供的一种切旁瓣方法，包括大于等于2面的DBF接收阵列，各所 述DBF接收阵列包括形成主波束的通道，抽取部分所述通道在形成主波束的 同时形成切旁瓣波束；采集所述各阵列通道数据，部分通道数据直接输出用于 形成第一切旁瓣波束，另外全部通道数据经数据选择模块选择和组合后在波束 形成模块形成主波束，处理各第一切旁瓣波束得到第二切旁瓣波束，所述第二 切旁瓣波束用于对主波束副瓣来波方向的信号进行副瓣抑制；使用第二切旁瓣 波束处理各主波束完成对主波束覆盖方向的信号接收。

通过抽取各DBF接收阵列一定数目的阵元数据，形成各主波束副瓣抑制使 用的切旁瓣波束，不单独设置切旁瓣资源，大幅降低了系统设备规模和成本， 避免了可能存在的阵列之间相互遮挡问题，实现了有效副瓣抑制。

更进一步的，所述形成各主波束和第一切旁瓣波束的方法为，将采集的各 DBF接收阵列的全部通道数据直接输出用于形成主波束，抽取各DBF接收阵 列的部分通道数据选择组合后用于形成第一切旁瓣波束；或将采集的各DBF 接收阵列的部分通道数据直接输出用于形成第一切旁瓣波束，将采集的各DBF 接收阵列的全部通道数据选择组合后用于形成主波束。

更进一步的，所述第二切旁瓣波束的覆盖角度为360°，以对主波束的进行 全向切旁瓣。

更进一步的，所述各DBF接收阵列的主波束和切旁瓣波束的形成角度为各 DBF接收阵列法向

更进一步的，所述DBF阵列为均匀阵列或非均匀阵列。

本发明还提供了一种切旁瓣装置，包括至少两个DBF接收阵列、接收通道、 采集模块、数据选择模块、波束形成模块和波束处理模块，所述DBF接收阵 列包括形成主波束的通道，抽取部分所述通道同时形成切旁瓣波束；

所述采集模块用于采集各通道的数据；

所述数据选择模块用于对采集模块采集的通道数据进行选择和/或组合；

所述波束形成模块用于主通道数据和切旁瓣通道数据波束形成，形成主波 束和第一切旁瓣波束；

所述波束处理模块用于处理主波束数据和第二切旁瓣波束数据，得到主波 束覆盖方向的信号。

通过采用以上的技术方案，本发明的有益效果是：取消了各阵面切旁瓣天 线组，通过直接抽取各DBF接收阵列的一定数目的阵元数据形成切旁瓣波束， 极大降低了天线、接收通道和处理资源规模，节约了系统成本；各阵列之间不 存在互相遮挡的布阵风险；通过将各切旁瓣波束处理后形成总切旁瓣波束，完 成对非覆盖区来向(虚假)信号的副瓣抑制。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为现有技术中四面DBF接收阵列天线示意图；

图2为本发明的四面DBF接收阵列示意图；

图3为四面DBF接收阵列的一种数据选择方式示意图；

图4为现有技术中采用专用切旁瓣天线实现副瓣抑制的效果图；

图5为本发明中子阵相参模式下实现前向切旁瓣的仿真图；

图6为本发明中子阵相参模式下实现前向切旁瓣的实测图；

附图中标注如下：

子阵切旁瓣波束通道-1，子阵非切旁瓣波束通道-2，采集模块-3，切旁瓣 波束形成通道-4，数据选择模块-5，主波束形成通道-6。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明 实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附 图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要 求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的 实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某 一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解 释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关 系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本 发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第 一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆 卸连接，或一体地连接；可以是电路连接，也可以通过中间媒介间接连接。对 于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体 含义，实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

为了解决不单独设置切旁瓣通道，也能完成主波束非覆盖方向信号的副瓣 抑制，以减少天线的规模的问题。在本实施例中具体提供了一种切旁瓣方法及 对应的装置，包括DBF接收阵列和采集模块3，所述DBF接收阵列的个数大 于等于2，每面DBF接收阵列都包括用于形成主波束的通道，其中，抽取部分 通道作为切旁瓣波束形成通道4。

以四面DBF接收阵列为例，如图1所示为现有技术中四面DBF接收阵列 天线组成示意图，本发明是在其取消各阵面专用切旁瓣天线的基础上进一步做 出的，通过抽取各DBF接收阵列一定数目的阵元数据作为切旁瓣波束形成通 道4，以形成各DBF接收阵列一定角度范围的切旁瓣波束；将各DBF接收阵 列的所有阵元作为主波束形成通道，以形成各DBF接收阵列一定角度范围的 主波束，上述一定角度范围，一般选择各DBF接收阵列法向

角度范围。

设该四面DBF接收阵列为各向同性天线组成的m元均匀线阵，阵元间距 为d，来波为一窄带信号，频率为f₀，入射方向为θ，

则DBF接收 阵的阵列流型为

式(1)中，

阵列信号可表示为：

X(t)＝A(θ,f₀)S(t) (2)

式(2)中，S(t)为信号的幅度，若给定加权值W＝A(θ₀,f₀)^H，θ₀为设定的 波束指向，则各DBF接收阵列的输出为：

Y_mb(θ₀,θ,t)＝WX(t)＝A(θ₀,f₀)^HA(θ,f₀)S(t) (3)

各主波束形成通道6在相应DBF接收阵列法向形成±45°角度范围的主 波束，根据式(3)可得，各主波束通道的输出为：

Y_mb(θ_0i,θ,t)(i＝1…N_mb)

其中，N_mb为主波束数目，θ为相对于各DBF接收阵列法向的信号来向。

同理可得，各切旁瓣波束通道形成相应DBF接收阵列法向±45°角度范 围的切旁瓣波束，根据式(1)，令切旁瓣波束的阵列流型为B(θ,f₀)，加权值 W＝B(θ₀,f₀)^H，则各DBF接收阵列的第一切旁瓣波束通道的波束输出为：

Y_sb(θ₀,θ,t)＝B(θ₀,f₀)^HB(θ,f₀)S(t) (4)

各第一切旁瓣波束的输出为

Y_sb(θ_0j,θ,t)(j＝1…N_sb)

其中，N_sb为切旁瓣波束数目，θ为相对于各DBF接收阵列法向的信号来 向。

以本实施例中的四面阵为例，如果以n面DBF接收阵列中前向阵列法向 为0°，则从前向阵列开始，顺时针顺序的第一切旁瓣波束的输出依次为：

使用采集模块3分别采集各通道数据，将形成的第一切旁瓣波束数据通过 波束处理模块进行处理，得到第二切旁瓣波束，将形成的主波束数据通过波束 处理模块处理，完成副瓣抑制操作。

所述第二切旁瓣波束为各第一切旁瓣波束的集合，可得第二切旁瓣波束的 输出为：

其中，所述第二切旁瓣波束存在的角度包括了所有主波束需要切旁瓣的角 度，通常，各主波束覆盖区的第二切旁瓣波束为其相应阵面的第一切旁瓣波束， 为使对副瓣的抑制效果更好，通常保留全向第一切旁瓣波束，以形成360°的 第二切旁瓣波束。

由于切旁瓣波束通道的阵元数据在形成主波束时也会使用，当阵列分子阵 工作时，同样的采集数据难以直接同时满足主波束和第一切旁瓣波束形成使用， 因此通常在满足切旁瓣波束(主波束)形成直接使用的基础上，对另一份相同 波束数据通过数据选择模块5进行数据选择组合后再送主(切旁瓣)波束形成， 以同时满足主波束和切旁瓣波束形成的使用需求，具体包括如下方法。

将各DBF接收阵列的主波束通道分为形成切旁瓣波束的切旁瓣通道和非 切旁瓣通道，采集模块3分别采集各切旁瓣通道的数据和非切旁瓣通道的数据， 将各切旁瓣通道数据直接从采集模块3直连输入切旁瓣波束形成模块形成第一 切旁瓣波束，然后对该第一切旁瓣波束进行处理形成一个全向360°第二切旁 瓣波束，同时对采集到的各切旁瓣通道的数据和非切旁瓣通道的数据通过数据 选择模块5进行选择和/或组合，在主波束形成模块形成各主波束，最后将该 主波束和第二切旁瓣波束汇总进行进一步处理，完成对主波束的切旁瓣操作。

当然，某些情况下还可以直接采集各主通道的数据，将各主通道的数据直 连输入主波束形成模块形成主波束，同时将这些通道数据通过数据选择模块进 行组合和选择后，在切旁瓣波束形成模块形成第一切旁瓣波束，将各第一切旁 瓣波束进行处理后形成一个全向360°第二切旁瓣波束，，最后将该第二切旁瓣 波束和主波束汇总至波束处理模块，完成对主波束的切旁瓣操作。

波束处理模块利用接收的第二切旁瓣波束匿影主波束的副瓣来波方向的 信号，以得到主波束覆盖方向的信号。

实施例2

为节省硬件处理资源，在实施例1的基础上，将采集到的各第一切旁瓣进 行比较，仅保留各角度波束幅度最大的第一切旁瓣波束，将该最大的第一切旁 瓣波束的集合作为第二切旁瓣波束。

该第二切旁瓣波束可用下式表示：

实施例3

为了减少了接收通道，以更进一步降低系统设备的规模和成本，在实施例 1或2的基础上，对同样的采集数据进行选择和/或组合后输出，设所述各DBF 接收阵列分两个子阵工作，且各子阵都包括主通道和切旁瓣通道，如图2所示， 以四面DBF接收阵列为例，各DBF接收阵列包括2个子阵，左子阵和右子阵， 当DBF接收阵列分子阵独立或相参工作时，需要采用数据选择模块5。设DBF 接收阵列的单阵规模16元，所述左右子阵各8元独立工作，且左右子阵各抽 取4元数据作为子阵切旁瓣通道1和子阵非切旁瓣通道2，各阵列从左至右顺序依次为1、2、3、4共四组，每组四元，如图2所示，切旁瓣通道以浅灰色 表示，左子阵的切旁瓣通道为A1，右子阵的切旁瓣通道为A3，非切旁瓣通道 用黑色表示，左子阵的非切旁瓣通道为A2，右子阵的非切旁瓣通道为A4。同 理，从该四面阵的前向阵开始，顺时针方向的右、后、左阵各自的左子阵的切 旁瓣通道、左子阵的非切旁瓣通道、右子阵的切旁瓣通道和右子阵的非切旁瓣 通道分别依次为：B1、B2、B3和B4；C1、C2、C3和C4；D1、D2、D3和 D4。

对于该四面阵，第一切旁瓣波束的通道需求为A1A3、B1B3、C1C3和D1D3； 主波束的通道需求为A1A2、A3A4、B1B2、B3B4、C1C2、C3C4、D1D2和 D3D4，为使通道数据同时满足主波束和第一切旁瓣波束形成的使用需求，通 过将采集到的同一组数据进行数据选择后再送波束形成模块进行处理，采用数 据选择模块5进行数据选择和/或组合的示意图如图3所示。先将各DBF接收 阵列的切旁瓣通道的数据和非切旁瓣通道的数据采集，由于采集的通道数据直 接包括各需要形成切旁瓣波束的组合，因此将采集到的切旁瓣通道数据直接输出作为第一切旁瓣波束形成使用；而因为该组数据无法直接输出用于主波束形 成，因此，通过数据选择模块5对该数据进行选择，并将各子阵的所有阵元数 据组合后输出至主波束形成模块。在主波束形成模块形成每个阵面±45°范围 内的主波束。然后，将第一切旁瓣波束和主波束汇总至波束处理模块，通过第 一切旁瓣波束形成全向360°的一个第二切旁瓣波束，通过该第二切旁瓣波束 对主波束完成切旁瓣操作。

如图4所示为现有技术中采用专用切旁瓣天线实现副瓣抑制效果的示意图， 具体为采用四个切旁瓣天线(波束如图中灰色线条所示)实现前向±90°角度 范围的副瓣抑制，其中两个高增益窄波束天线实现近区副瓣抑制；两个低增益 宽波束天线实现远区副瓣抑制。

本发明目前已经应用至两个型号项目中。在其中一个项目中，四面DBF 接收阵列为16元非均匀阵列，如图2所示，灰色为切旁瓣通道，四面切旁瓣 单元同时工作。子阵相参模式时，±90°角度范围内的前向副瓣抑制效果仿真 结果如图5所示，图中黑色为主波束，灰色为第一切旁瓣波束，各方向第一切 旁瓣波束的最大包络组成最终的第二切旁瓣波束。

同频点时，±90°范围内的前向副瓣抑制效果实测结果如图6所示，图中 黑色为主波束，灰色为第二切旁瓣波束。与图5对比可知，实测结果与设计仿 真符合度较高，可以实现前向±90°角度范围内的副瓣抑制，满足工程使用需 求。另外，根据现有技术的内容，可知后向副瓣低于前向第一副瓣，因此，后 向副瓣也可得到有效抑制。

以上仿真分析和实测结果展示了全向360°第二切旁瓣波束对其中一面主 阵的副瓣抑制效果，其余三面主阵的副瓣抑制效果与此几乎完全一致。因此， 基于数据选择组合的四面阵切旁瓣方法可满足各主阵副瓣抑制使用需求，具有 良好的工程应用价值。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，但如前所述，应当理解本发 明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于 各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教 导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱 离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种切旁瓣方法，包括大于等于2面的DBF接收阵列，各所述DBF接收阵列包括形成主波束的通道，其特征在于：抽取部分所述通道在形成主波束的同时形成切旁瓣波束；

还包括，

采集所述各阵列通道数据，形成各阵列的主波束，抽取各阵列一定数目的通道数据，形成各阵列的第一切旁瓣波束；

处理各第一切旁瓣波束得到第二切旁瓣波束，所述第二切旁瓣波束用于对主波束副瓣来波方向的信号进行副瓣抑制；

使用第二切旁瓣波束处理各主波束完成对主波束覆盖方向的信号接收。

2.根据权利要求1所述的切旁瓣方法，其特征在于：所述形成各主波束和第一切旁瓣波束的方法为，

将采集的各DBF接收阵列的全部通道数据直接输出用于形成主波束，抽取各DBF接收阵列的部分通道数据选择组合后用于形成第一切旁瓣波束。

3.根据权利要求1所述的切旁瓣方法，其特征在于：所述形成各主波束和第一切旁瓣波束的方法为，

将采集的各DBF接收阵列的部分通道数据直接输出用于形成第一切旁瓣波束，将采集的各DBF接收阵列的全部通道数据选择组合后用于形成主波束。

4.根据权利要求1所述的切旁瓣方法，其特征在于：所述第二切旁瓣波束为各角度幅度最大的第一切旁瓣波束的集合。

5.根据权利要求1所述的切旁瓣方法，其特征在于：所述第二切旁瓣波束的覆盖角度为360°。

6.根据权利要求1所述的切旁瓣方法，其特征在于：所述各DBF接收阵列的主波束和切旁瓣波束的形成角度为各DBF接收阵列法向

7.根据权利要求1所述的切旁瓣方法，其特征在于：所述DBF接收阵列为均匀阵列或非均匀阵列。

8.一种切旁瓣装置，包括至少两个DBF接收阵列、接收通道、采集模块、数据选择模块、波束形成模块和波束处理模块，所述DBF接收阵列包括形成主波束的通道，其特征在于：抽取部分所述通道同时形成切旁瓣波束；

所述采集模块用于采集各通道的数据；

所述数据选择模块用于对采集模块采集的通道数据进行选择和/或组合；

所述波束形成模块用于主通道数据和切旁瓣通道数据波束形成，形成主波束和第一切旁瓣波束；

所述波束处理模块用于处理主波束数据和第二切旁瓣波束数据，得到主波束覆盖方向的信号。

Images