基于MVDR权斜投影分解的共形极化阵发射波束赋形算法

本发明属于雷达通信技术，尤其涉及共形极化阵列发射波束赋形技术。

背景技术：

1、相比于平面阵，极化共形阵在实际工作中具有更广泛的应用前景。它在接收信号空域信息的同时，还能够感知信号的极化域信息，而充分挖掘和利用极化信息可以大大提升雷达的工作性能。但极化共形阵阵列非平面以及阵元各向相异这些复杂特性，使得共形阵列发射方向图出现了较高的峰值旁瓣电平以及严重的交叉极化电平，发射波束性能大大下降。所以基于极化共形阵进行发射波束赋形意义重大。

2、vaskelainen运用迭代的思想，基于最小二乘方法得到最优权向量，使得共形阵列方向图逐渐逼近于期望方向图，(参见文献：vaskelainen li.constrained least-squaresoptimization in conformal array antenna synthesis[j].ieee transactions onantennas and propagation,2007,55(3):859-867.)，但该方法只适用于简单的共形阵列。除此之外，凸优化理论也成为方向图赋形算法的热门方向，cao等人引入两类二阶锥约束来控制主极化分量和交叉极化分量，虽然可以抑制任意区域内的交叉极化电平，但乘子交替方向法相对较为复杂且会造成边缘角度区域旁瓣电平较高的现象。(参见文献：cao t,puw,zhang p,et al.beam pattern synthesis for conformal array with sidelobe andpolarization control:a penalized inequality approach[c].2020ieee 11th sensorarray and multichannel signal processing workshop,hangzhou,china,2020:1-5.)。

3、综上，对于共形极化阵列，目前的发射波束赋形算法研究尚未成熟，如何在多约束下对发射方向图进行快速有效的优化仍具有重大的研究意义。

技术实现思路

1、申请人分析了当前共形极化阵列发射波束赋形方法，由于目前针对该领域的算法研究尚未成熟，且已有算法在多约束条件下效果不理想，鉴于此，本发明提供了一种基于mvdr权斜投影分解的共形极化阵发射波束赋形算法，用以解决现有方法中存在的问题。

2、本发明提供的技术方案，具体为基于mvdr权斜投影分解的共形极化阵发射波束赋形算法，该方法包括如下步骤：

3、步骤1)综合考虑阵元各向相异以及载体遮蔽效应，根据阵元局部方向图，建立共形极化阵列模型；其中俯仰角为θ∈[0,π/2]，方位角为

4、步骤2)基于和方向上的导向向量和得到主极化方向导向向量和交叉极化方向导向向量

5、步骤3)构造最小方差无失真响应(mvdr)波束形成器，求解得到初始权向量：

6、

7、其中，α1为归一化因子不影响最终方向图形状，因此下文将其忽略。

8、步骤4)基于mvdr初始权向量对主波束指向以外的方向点进行调整，并基于斜投影理论分解得到最优权等价公式上式中，ε为复数，为斜投影矩阵，满足：

9、

10、

11、

12、步骤5)基于步骤4中权向量的构成思想，给定权向量wk-1，得到第k次迭代中的权向量线性变换公式：

13、

14、其中，εk为待求的调整参数，为第k次迭代的调整方向；

15、步骤6)通过调节εk将处的电平调节至期望电平值ρk，εk的取值由下式最优问题求解得到：

16、

17、

18、其中，

19、步骤7)采用拉格朗日乘数法，建构实值二次代价函数求解出εk最优值进而得到第k次迭代最优权向量

20、步骤8)当最终发射方向图满足期望约束或者迭代次数达到最大时终止迭代，得到最优发射权向量wt*，否则跳至步骤5)继续迭代；

21、本发明公开了一种针对共形极化阵列发射方向图的波束赋形算法。本发明从斜投影的角度对权向量进行最优等价表示，并利用拉格朗日乘数法确定复数调整参数解析解，灵活准确地控制方向图逼近期望共形阵列发射波束图。

22、本发明的有益效果是，在优化耗时较小的同时，使得共形极化阵列发射方向图满足主波束指向和极化约束，并且有效降低峰值旁瓣电平以及峰值交叉极化电平，且能够在特定角度范围内形成深凹陷。此外，阵列输出信噪比也将大大提升。

技术特征：

1.基于mvdr权斜投影分解的共形极化阵发射波束赋形算法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤7)中我们将第k-1次迭代得到的方向图中偏离期望方向图最大的方向设为第k次迭代的调整方向。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，该算法在任何共形阵列以及任何极化方式下均适用，具有一定的普遍性。

技术总结
本发明涉及雷达通信技术，公开了一种基于MVDR权斜投影分解的共形极化阵发射波束赋形算法。本发明基于MVDR准则得到发射权向量解析解，然后基于斜投影理论对最优权向量进行等价表示，采用拉格朗日乘数法确定复数调整参数的最优解析解，从而灵活准确地控制方向图逼近期望共形阵列发射波束图。该方法在快速高效地得到最优权向量的同时，能够满足方向图主波束指向和极化约束，有效降低发射波束方向图峰值旁瓣电平和峰值交叉极化电平，并在特定角度范围内形成宽凹口。此外，该方法还可以提升阵列输出信噪比，更具有应用价值。

技术研发人员：谢菊兰,付小川,李明生,汪亚龙,何子述,李军
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15