CN114355297B - 一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电通信技术领域，具体涉及一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法，包括以下步骤：基于阵元发射频率和复加权系数，构建基本频控阵发射波束模型；通过对将布拉克曼窗、汉明窗和汉宁窗进行加权，构建多窗混合加权型频偏形式；将所述频偏形式代入到所述基本频控阵发射波束模型，完成设计，设计出的频控阵可以有效的聚焦频控阵波束能量，让产生的波束聚焦到所需的范围和角度，进而极大的提高频控阵的应用范围，解决了传统频控阵距离角度相耦合，主瓣能量不集中的问题。

Description

一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法
技术领域
本发明涉及电通信技术领域，尤其涉及一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法。
背景技术
频控阵作为一种新型阵列，相比于相控阵，其通过在相控阵各阵元之间加上一个微小的频率偏移，使其发射波束不仅与距离相关也与角度相关，并且在距离和角度维上具有周期性，这使得其可用于目标定位、高分辨率成像、地面移动目标指示和欺骗性干扰抑制等等。
但是传统频控阵的发射波束呈现“S”型，角度与距离耦合，这使得其在不利于主瓣能量集中的同时还使得被敌方雷达探测到的概率成倍提高，这极大的限制了频控阵的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法，旨在解决传统频控阵距离角度相耦合，主瓣能量不集中的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法，包括以下步骤：
基于阵元发射频率和复加权系数，构建基本频控阵发射波束模型；
通过对将布拉克曼窗、汉明窗和汉宁窗进行加权，构建多窗混合加权型频偏形式；
将所述频偏形式代入到所述基本频控阵发射波束模型，完成设计。
其中，所述基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法还包括：
对设计完成的多窗混合加权型频偏的频控阵进行仿真分析。
其中，所述基于阵元发射频率和复加权系数，构建基本频控阵发射波束模型的具体方式为：
获取任意一个阵元的发射频率，并基于对应的阵元发射信号的复加权系数计算得到阵元发射信号；
根据获取的远场区位置、相邻两个阵元之间的间距和第0个阵元到目标点的距离，并根据调整后的所述复加权系数，得到基本频控阵发射波束模型。
其中，所述通对将布拉克曼窗、汉明窗和汉宁窗进行加权，构建多窗混合加权型频偏形式的具体方式为：
将三分之一的布拉克曼窗、三分之一的汉明窗和三分之一的汉宁窗进行求和计算；
将求和结果与对应的阵元频率偏移值进行相乘，得到多窗混合加权型频偏形式。
其中，所述布拉克曼窗的计算公式为：
计算当前阵元数的2π倍除以总的阵元数的余弦值，并利用1减去所述余弦值后乘以0.5，得到当前阵元的布拉克曼窗。
其中，所述汉明窗的计算公式为：
计算当前阵元数的2π倍除以总的阵元数的余弦值，并利用0.54减去0.46倍的所述余弦值，得到当前阵元的汉明窗。
本发明的一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法，通过基于阵元发射频率和复加权系数，构建基本频控阵发射波束模型；通过对将布拉克曼窗、汉明窗和汉宁窗进行加权，构建多窗混合加权型频偏形式；将所述频偏形式代入到所述基本频控阵发射波束模型，完成设计，设计出的频控阵可以有效的聚焦频控阵波束能量，让产生的波束聚焦到所需的范围和角度，解决了传统频控阵距离角度相耦合，主瓣能量不集中的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法的流程图。
图2是基于阵元发射频率和复加权系数，构建基本频控阵发射波束模型的流程图。
图3是通过对将布拉克曼窗、汉明窗和汉宁窗进行加权，构建多窗混合加权型频偏形式的流程图。
图4是基本频控阵发射波束模型图；
图5是本发明的仿真结果图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1至图5，本发明提供一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法，包括以下步骤：
S1、基于阵元发射频率和复加权系数，构建基本频控阵发射波束模型；
具体方式为：S11、获取任意一个阵元的发射频率，并基于对应的阵元发射信号的复加权系数计算得到阵元发射信号；
考虑一个阵元数M＝20，阵元间距d＝λ/2且均匀分布(λ为波长)的FDA阵列，因此第m个阵元的发射频率为：
fm＝f0+Δfm m＝0,1,...,M-1；
其中f0表示载波频率，Δfm表示第m个阵元的频率偏移，则第m个阵元发射的信号可表示为：
其中，表示第m个阵元发射信号的复加权系数，am表示第m个阵元的幅度加权，βm表示第m个阵元的相位加权，/>
S12、根据获取的远场区位置、相邻两个阵元之间的间距和第0个阵元到目标点的距离，并根据调整后的所述复加权系数，得到基本频控阵发射波束模型。
假设远场区位置(r,θ)，则所有阵元在该处的和信号可表示为：
其中c表示光速，rm表示第m个阵元到目标点的距离，且rm可写成如下形式：
rm≈r-mdmsinθ；
其中dm表示第m个阵元与第m+1个阵元之间的间距，r表示第0个阵元到目标点的距离，所以FDA的阵因子可表示为：
考虑目标点的位置为(r0,θ0)，为了能在目标点形成波束，需令因此，最终的发射波束表达式可以表示为：
S2、通过对将布拉克曼窗、汉明窗和汉宁窗进行加权，构建多窗混合加权型频偏形式；
具体方式为：S21、将三分之一的布拉克曼窗、三分之一的汉明窗和三分之一的汉宁窗进行求和计算；
所述布拉克曼窗的计算公式为：
计算当前阵元数的2π倍除以总的阵元数的余弦值，并利用1减去所述余弦值后乘以0.5，得到当前阵元的布拉克曼窗：
即
所述汉明窗的计算公式为：
计算当前阵元数的2π倍除以总的阵元数的余弦值，并利用0.54减去0.46倍的所述余弦值，得到当前阵元的汉明窗：
即
所述汉宁窗的计算公式为：
S22、将求和结果与对应的阵元频率偏移值进行相乘，得到多窗混合加权型频偏形式。
所述混合加权型频偏形式为：
其中代表第m项混合频偏加权值。
S3、将所述频偏形式代入到所述基本频控阵发射波束模型，完成设计。
所述基本频控阵发射波束模型的表达式为：
S4、对设计完成的多窗混合加权型频偏的频控阵进行仿真分析。
本发明的一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法的仿真结果如图5所示，假设需要聚焦的目标点的位置为(25km,30°)，从仿真结果可以看出，本发明提供的方法能很好的将频控阵的发射波束的主瓣能量聚焦到感兴趣的点上。因此，通过利用本方法能很容易精确的控制频控阵发射波束的能量聚焦到指定的目标点，进而实现频控阵发射波束距离角度解耦合，能量集中等目的，极大的扩展了频控阵后续的应用范围。本方法能极大的解决传统频控阵发射波束能量分散，距离角度相耦合的问题，具有重大意义。
本发明的一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法，通过基于阵元发射频率和复加权系数，构建基本频控阵发射波束模型；通过对将布拉克曼窗、汉明窗和汉宁窗进行加权，构建多窗混合加权型频偏形式；将所述频偏形式代入到所述基本频控阵发射波束模型，完成设计，解决了传统频控阵距离角度相耦合，主瓣能量不集中的问题。
以上所揭露的仅为本发明一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于阵元发射频率和复加权系数，构建基本频控阵发射波束模型；
通过对将布拉克曼窗、汉明窗和汉宁窗进行加权，构建多窗混合加权型频偏形式；
将所述频偏形式代入到所述基本频控阵发射波束模型，完成设计；
基于阵元发射频率和复加权系数，构建基本频控阵发射波束模型，具体方式为：获取任意一个阵元的发射频率，并基于对应的阵元发射信号的复加权系数计算得到阵元发射信号；
考虑一个阵元数M＝20，阵元间距d＝λ/2且均匀分布λ为波长的FDA阵列，因此第m个阵元的发射频率为：
fm＝f0+Δfm m＝0,1,...,M-1；
其中f0表示载波频率，Δfm表示第m个阵元的频率偏移，则第m个阵元发射的信号可表示为：
其中，表示第m个阵元发射信号的复加权系数，am表示第m个阵元的幅度加权，βm表示第m个阵元的相位加权，/>
所述混合加权型频偏形式为：
其中代表第m项混合频偏加权值。
2.如权利要求1所述的基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法，其特征在于，所述基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法还包括：
对设计完成的多窗混合加权型频偏的频控阵进行仿真分析。
3.如权利要求1所述的基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法，其特征在于，所述基于阵元发射频率和复加权系数，构建基本频控阵发射波束模型的具体方式为：
获取任意一个阵元的发射频率，并基于对应的阵元发射信号的复加权系数计算得到阵元发射信号；
根据获取的远场区位置、相邻两个阵元之间的间距和第0个阵元到目标点的距离，并根据调整后的所述复加权系数，得到基本频控阵发射波束模型。
4.如权利要求1所述的基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法，其特征在于，所述通对将布拉克曼窗、汉明窗和汉宁窗进行加权，构建多窗混合加权型频偏形式的具体方式为：
将三分之一的布拉克曼窗、三分之一的汉明窗和三分之一的汉宁窗进行求和计算；
将求和结果与对应的阵元频率偏移值进行相乘，得到多窗混合加权型频偏形式。
5.如权利要求4所述的基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法，其特征在于，所述汉宁窗的计算公式为：
计算当前阵元数的2π倍除以总的阵元数，然后求其余弦值，并利用1减去所述余弦值后乘以0.5，得到当前阵元的汉宁窗。
6.如权利要求4所述的基于多窗混合加权型频偏的频控阵设计方法，其特征在于，所述汉明窗的计算公式为：
计算当前阵元数的2π倍除以总的阵元数，然后求其余弦值，并利用0.54减去0.46倍的所述余弦值，得到当前阵元的汉明窗。
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