一种广域稀布阵列多频点联合低旁瓣波束形成方法与流程

1.本发明涉及波束形成领域中的一种多频点联合低旁瓣波束形成方法，特别适用于广域稀布阵列的波束形成。


背景技术：

2.目前的波束形成方法大多基于非稀布阵列，其特点是阵元间距为半倍波长，此时在波束形成时不会产生过高的旁瓣及栅瓣，在此基础上通过对应的波束形成方法产生较低的旁瓣。该体制具有如下局限性：
3.当阵列为广域稀布阵列时，即阵元间距是半倍波长的数十倍甚至百倍千倍，会产生大量的高旁瓣及栅瓣。
4.可见，若采用目前的波束形成方法，无法对其产生有效的抑制效果。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种能同时应用于非稀布阵列和稀布阵列的低旁瓣波束形成方法。本发明在不同频点下的方向图函数以相参的形式进行联合，使得在主瓣增益不变的情况下，将旁瓣的增益大大降低。
6.本发明的目的是这样实现的：
7.一种广域稀布阵列多频点联合低旁瓣波束形成方法，包括以下步骤：
8.步骤1，构建广域稀布阵列，广域稀布阵列中的阵元总数为m，确定第m个阵元的坐标(xm,ym,zm)，确定可用频段范围[f
min
,f
max
]；其中，m＝1,2,...,m，f
min
表示可用频段最低频点，f
max
表示可用频段最高频点；
[0009]
步骤2，在可用频段范围[f
min
,f
max
]中选取n个频点，n个频点中的第i个频点f
in
为：
[0010][0011]
其中，n＝2,...,10，i＝1,2,...,n；
[0012]
步骤3，按照下式计算n个频点联合低旁瓣波束形成时的最大旁瓣主瓣比ration：
[0013][0014]
δr＝xmcosθcosφ+ymcosθsinφ+zmsinθ
[0015]
δr0＝xmcosθ0cosφ0+ymcosθ0sinφ0+zmsinθ0[0016]
其中，c为光速，φ为方位角，θ为俯仰角，(θ0,φ0)为波束指向，s1为方向图俯仰向
的旁瓣区间，s2为方向图方位向的旁瓣区间；
[0017]
步骤4，重复步骤2和步骤3，分别获得n＝2,...,10的ration，选出使得20log
10
(ration)取最小值的n值，将其设为k
′
，即
[0018][0019]
接着，在n＝2,...,k
′
的范围内，选出满足以下条件的n的最小取值：
[0020]
20log
10
(ration)-20log
10
(ratiok′
)＜1n＝2,...,k
′
[0021]
该最小取值即为最终确定的多频点联合低旁瓣波束形成的频点数目k；
[0022]
步骤5，计算方向图：
[0023][0024]
δr＝xmcosθcosφ+ymcosθsinφ+zmsinθ
[0025]
δr0＝xmcosθ0cosφ0+ymcosθ0sinφ0+zmsinθ0[0026]
其中，fk(φ,θ)为由k个频点联合低旁瓣波束形成的方向图函数；
[0027]
完成广域稀布阵列多频点联合低旁瓣波束形成。
[0028]
本发明相比背景技术具有如下优点：
[0029]
1、本发明方法原理相对简单，可以保证广域稀布雷达在满足自身强抗干扰能力的同时，具有低旁瓣的方向图，从而提高了雷达系统对目标探测的性能。
[0030]
2、本发明对于当前关于广域稀布雷达低旁瓣波束形成技术较少的情况具有较好的参考意义。
附图说明
[0031]
图1是本发明实施例的流程图；
[0032]
图2是本发明实施例在不同频段不同频点联合后的最大旁瓣主瓣比；
[0033]
图3是本发明实施例在2-2.4ghz七频点联合波束形成的方向图。
具体实施方式
[0034]
如图1所示，一种广域稀布阵列多频点联合低旁瓣波束形成方法，首先构建广域稀布阵列，并确定可用的工作频段及工作频点；其次，将选用的不同频段的不同频点进行联合波束形成，计算最大的旁瓣主瓣比，并确定其中使最大主瓣旁瓣比最小的频段及频点数目，最后确定最终的方向图函数并进行波束形成。具体包括以下步骤：
[0035]
步骤1，构建广域稀布阵列，广域稀布阵列中的阵元总数为m，确定第m个阵元的坐标(xm,ym,zm)，确定可用频段范围[f
min
,f
max
]；其中，m＝1,2,...,m，f
min
表示可用频段最低频点，f
max
表示可用频段最高频点；
[0036]
步骤2，在可用频段范围[f
min
,f
max
]中选取n个频点，n个频点中的第i个频点f
in
为：
[0037]
[0038]
其中，n＝2,...,10，i＝1,2,...,n；
[0039]
步骤3，按照下式计算n个频点联合低旁瓣波束形成时的最大旁瓣主瓣比ration：
[0040][0041]
δr＝xmcosθcosφ+ymcosθsinφ+zmsinθ
[0042]
δr0＝xmcosθ0cosφ0+ymcosθ0sinφ0+zmsinθ0[0043]
其中，c为光速，φ为方位角，θ为俯仰角，(θ0,φ0)为波束指向，s1为方向图俯仰向的旁瓣区间，s2为方向图方位向的旁瓣区间；|
·
|表示对结果取模，max(
·
)表示结果中的最大值，其中若俯仰向方向图的主瓣的零功率点为2ψ0，则
[0044]
s1＝{θ|θ
min
≤θ≤θ
0-ψ0∪θ0+ψ0≤θ≤θ
max
}
[0045]
其中，θ
min
是旁瓣起点，θ
max
是旁瓣终点；若方位向方向图的主瓣的零功率点为则其中，φ
min
是旁瓣起点，φ
max
是旁瓣终点；
[0046]
步骤4，重复步骤2和步骤3，分别获得n＝2,...,10的ration，选出使得20log
10
(ration)取最小值的n值，将其设为k
′
，即
[0047][0048]
其中，arg min(
·
)表示函数值最小时自变量的取值，通过反复的作差比较，选取一个使最大旁瓣主瓣比较小的频点数目，可以在保证一定的旁瓣降低效果的情况下,减少计算量；
[0049]
接着，在n＝2,...,k
′
的范围内，选出满足以下条件的n的最小取值：
[0050]
20log
10
(ration)-20log
10
(ratiok′
)＜1n＝2,...,k
′
[0051]
该最小取值即为最终确定的多频点联合低旁瓣波束形成的频点数目k；
[0052]
步骤5，计算方向图：
[0053][0054]
δr＝xmcosθcosφ+ymcosθsinφ+zmsinθ
[0055]
δr0＝xmcosθ0cosφ0+ymcosθ0sinφ0+zmsinθ0[0056]
其中，fk(φ,θ)为由k个频点联合低旁瓣波束形成的方向图函数；
[0057]
完成广域稀布阵列多频点联合低旁瓣波束形成。
[0058]
本方法的效果可通过以下仿真对比试验进一步说明：
[0059]
1.实验场景：
[0060]
现构建广域稀布直线阵列，阵元数目m＝20，阵元间距d＝100m，设第一个阵元坐标
为(0,0,0)，第m个阵元的坐标为(100m,0,0)，其中m＝1,2,3,
…
,20，波束指向θ0＝0
°
。
[0061]
2.仿真内容：
[0062]
分别选取2-2.2ghz，2-2.4ghz，2-2.6ghz，2-2.8ghz，2-3ghz五个频段下的2-10个频点，进行联合波束形成仿真。在不同频段下的不同频点联合后的最大旁瓣主瓣比如图2所示；在2-2.4ghz频段下7个频点联合波束形成的方向图如图3所示。
[0063]
3.仿真结果分析：
[0064]
从图2中可以看出，五个频段分别在4，6，7，8，10个频点时能够实现使最大旁瓣主瓣比最小的效果
[0065]
从图3中可以看出，本发明联合波束形成方法，在广域稀布阵列波束形成时可产生较低的旁瓣，对于提高目标的探测效率具有重要意义。