[發明專利]一種基于頻控分布式電磁矢量傳感器的穩健波束形成方法

有效

• 申請號: 201710691156.2
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107508623B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 陳慧;邵懷宗;王文欽;胡全;潘曄;廖軼
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊;李林合

本發明公開了一種基于頻控分布式電磁矢量傳感器的穩健波束形成方法，屬于頻控分布式電磁矢量傳感器陣列雷達技術領域，包括針對FD?DEMVS的具體設計步驟及基于變量對角加載的穩健波束形成方法。與傳統的最小方差無失真方法相比，本發明陣列輸出SINR得到提高，有效地改善了陣列性能；此外，本發明所提出的FD?DEMVS與緊湊FD?EMVS相比，其形成的波束因FD?DEMVS孔徑較大而具有更好的分辨力，因此本發明具有在給定區域匯集更高能量的特點。

技術領域

本發明屬于頻控分布式電磁矢量傳感器(FD-DEMVS)陣列雷達技術領域，具體涉及一種基于頻控分布式電磁矢量傳感器的穩健波束形成方法的設計。

背景技術

天線陣列信號處理技術已在雷達、聲納、無線通信及醫學信號檢測等眾多領域得到廣泛應用。波束形成作為陣列信號處理技術的重要分支，其性能主要由天線陣列結構、自身的方向特性及相應的波束形成方法共同決定。因此，只有對天線陣列結構和陣列信號處理方法同時優化，才能提高天線系統的整體性能。現有的相位陣陣元發射的是同一相參信號，通過在每個陣元的輸出端調整移相器的相移量(權值)便可實現波束的空域掃描、波束方向控制。但相位陣波束僅具有角度依賴性，而不具有距離依賴性。

頻控陣(FDA，Frequency Diverse Array)因在同一時間對不同陣元施加不同的頻偏，發射相參信號，其波束具有角度-距離二維依賴性。但頻控陣沒有考慮可提高陣列性能的電磁波磁場信息。極化敏感陣列(PSA，Polarization Sensitive Array)可以同時獲得空間傳播電磁信號的空間到達信息和極化信息，較相位陣列具有較強的抗干擾能力、系統分辨能力及極化多址能力等優勢，但存在與相位陣同樣的問題，即極化波束圖不具有距離依賴性，限制了其對距離依賴性干擾的應用。緊湊頻控電磁矢量傳感器(FD-EMVS，FrequencyDiverse Electromagnetic Vector Sensor)的每個天線矢量陣元由不同指向的電偶極子和磁偶極子構成，且在同一時間對不同矢量陣元施加不同的頻偏，發射相參信號。PSFDA可以同時提供角度-距離-極化依賴性波束，但達不到期望的陣列性能。

頻控分布式電磁矢量傳感器(FD-DEMVS，Distributed Frequency DiverseElectromagnetic Vector Sensor)分別由位于給定半徑圓環上指向x,y,z軸的電偶極子和磁偶極子構成，且在同一時間對位于不同圓環位置上的偶極子施加不同的頻偏，發射相參信號。FD-DEMVS不僅可以提供同FD-EMVS相同的角度-距離-極化依賴性波束，而且具有更好的空域-距離域-極化域分辨力，陣列輸出SINR(Signal to Interference plus NoiseRatio，信噪比)高，另外，目前針對導向向量失配的情況下沒有有效的FD-DEMVS波束形成方法，亦沒有對FD-DEMVS的具體相關應用提供相應方法。

發明內容

本發明的目的是針對背景技術存在的缺陷，提出了一種基于頻控分布式電磁矢量傳感器的穩健波束形成方法，以通過改變天線陣列結構設計和波束形成方法獲得FD-DEMVS穩健角度-距離-極化依賴特性波束，并進一步提高陣列輸出SINR。

本發明的技術方案為：一種基于頻控分布式電磁矢量傳感器的穩健波束形成方法，包括以下步驟：

S1、確定頻控分布式電磁矢量傳感器的空間結構：根據給定的陣列尺寸、天線陣元數、天線陣元間距和FD-DEMVS半徑，在每個天線上分別放置指向x,y,z坐標軸的電偶極子和磁偶極子，構成頻控分布式電磁矢量傳感器。

S2、根據頻控分布式電磁矢量傳感器的空間結構設置各天線陣元對應的頻率增量：在x-y平面內，以FD-DEMVS的中心作為參考點，以位于處的天線陣元作為第1個天線陣元，沿FD-DEMVS圓環逆時針方向依次記為第2個天線陣元，第3個天線陣元，...，第N個天線陣元；R為FD-DEMVS半徑，N為天線陣元數；根據“點”形波束圖形成原理，以各天線陣元序號的3次方形式設計該天線陣元的頻率增量。