[發(fā)明專利]一種基于和差協(xié)同陣構(gòu)建的改進L型陣列設(shè)計方法

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• 申請日: 2020-05-15
• 公開（公告）號: CN111650552A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王衛(wèi)江;李翔南;任仕偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01S3/14
• 分類號: G01S3/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于和差協(xié)同陣構(gòu)建的改進L型陣列設(shè)計方法，通過對傳統(tǒng)L型陣列進行稀疏化排布設(shè)計，利用協(xié)方差恢復(fù)算法能夠等效出具有大范圍連續(xù)段的和差協(xié)同陣以用于陣列測向，其實現(xiàn)步驟是：計算陣元間距基本單元，確定L型陣列的陣元數(shù)和陣元位置，將選定位置上的陣元移到以原點為中心對稱的對應(yīng)位置上。本發(fā)明可以在相同陣元數(shù)的條件下，有效增大陣列的自由度，提高波達方向的估計精度，提高空間目標(biāo)探測能力，減少陣列運行成本。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于陣列信號處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改進L型陣列的構(gòu)建方法，可用于生成高自由度的 和差協(xié)同陣列。

技術(shù)背景：

波達方向(Direction of Arrival,DOA)估計是陣列信號處理領(lǐng)域的一個重要研究分支，它在雷達、 通信和射電天文領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)DOA估計技術(shù)多利用規(guī)則排布、陣元間隔小于等于半波長的均勻線 性陣列或均勻矩形陣列。這種均勻排布方式，保證了信號的空間譜形式唯一，空間信息無混疊，并能通過 譜函數(shù)唯一辨識空間探測目標(biāo)，獲得有用參數(shù)的唯一估計。然而，這些陣列結(jié)構(gòu)中密集排布的陣元會導(dǎo)致 嚴(yán)重的互耦效應(yīng)，進而嚴(yán)重影響估計精度。此外這些結(jié)構(gòu)也有著極高的計算復(fù)雜度和硬件成本。

為改進上述密集天線陣列排布結(jié)構(gòu)，相鄰陣元間距應(yīng)當(dāng)進一步增大。基于此想法，許多稀疏陣列被相 繼提出。其中在二維領(lǐng)域，L型陣列得到了廣泛地應(yīng)用。該陣列在xOy平面的x軸和y軸上分別以原點為 起點布置兩條均勻線性陣列。一方面，該種陣列與傳統(tǒng)的均勻矩形陣列相比極大降低了密集排布的陣元個 數(shù)；另一方面，在相同陣元個數(shù)的前提下，L型陣列通過結(jié)合差分協(xié)同陣列的概念能夠獲得一個無孔虛擬 陣，進而獲得比均勻矩形陣列更高的自由度。但是，由于L型陣列在每條軸線上的子陣列依舊為陣元密集 排布的均勻線性陣列，可以通過設(shè)計更為稀疏的陣元排布以獲得更小的陣元間互耦效應(yīng)。同時，目前對于 平面陣列的虛擬陣的研究多是基于差分協(xié)同陣概念設(shè)計的，而差分協(xié)同陣的孔徑擴展能力有限。聯(lián)合利用 差分協(xié)同陣與其他類型的協(xié)同陣，比如由正和協(xié)同陣和負(fù)和協(xié)同陣并集組成的和協(xié)同陣，可以突破差分協(xié) 同陣的孔徑擴展受限性，進一步增加自由度。

因此，如何設(shè)計一種改進的L型陣列，使其基于和差協(xié)同陣的概念獲得更高自由度(即更長連續(xù)段)， 并通過陣元稀疏排布降低天線耦合效應(yīng)，對于實際應(yīng)用有著重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種L型陣列的優(yōu)化布陣方案，使其最終產(chǎn)生 的差分協(xié)同陣與和協(xié)同陣能夠組合成具有更大虛擬孔徑的協(xié)同陣，以有效提高陣列的自由度并降低耦合效 應(yīng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，它包括步驟如下：

(1)用d表示陣元間距的基本單元，將其取為半波長，即d＝λ/2；λ表示陣列入射信號的波長；

(2)根據(jù)陣列給定的總陣元數(shù)N，選取兩個正整數(shù)N_x,N_y作為陣元參數(shù)，且N＝N_x+N_y+1；

(3)在xOy坐標(biāo)平面上分別構(gòu)建L型陣列的兩個均勻線性子陣列，每個子陣列中相鄰陣元間距均為d； 其中一個子陣列分布在x軸上，由N_x+1個陣元組成，記為X，X＝＝{(n_x,0)|n_x∈[0,N_x]}，其中n_x為整數(shù)； 另一個子陣列分布在y軸上，由N_y個陣元組成，記為Y，Y＝＝{(0,n_y)|n_y∈[1,N_y]}，其中n_y為整數(shù)；