[發(fā)明專利]基于頻率分集的陣列天線的波束控制方法、系統(tǒng)及控制器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110173525.5
• 申請(qǐng)日: 2021-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN112511209B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉升恒;黃永明;毛子煥;倪天恒;尤肖虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號(hào): H04B7/06
• 分類號(hào): H04B7/06;H04B7/0408;G01S7/42
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 杜娟娟

1.一種基于頻率分集的陣列天線的波束控制方法，其特征在于，所述方法包括：

由包括第一子陣和第二子陣的接收陣列接收來(lái)自發(fā)射端的信號(hào)，其中，所述第一子陣包括M個(gè)均勻布置的陣元、所述第二子陣包括N個(gè)均勻布置的陣元，所述M和所述N為互質(zhì)整數(shù)，且M≥0，N≥0；

所述接收陣列中的每一個(gè)所述陣元接收的信號(hào)被輸入到已構(gòu)建的模型中，經(jīng)由所述模型處理后輸出協(xié)方差矩陣，其中，所述模型為接收信號(hào)矢量與所述接收信號(hào)矢量的共軛轉(zhuǎn)置的乘積的數(shù)學(xué)期望，且所接收信號(hào)矢量與所述接收信號(hào)矢量的共軛轉(zhuǎn)置的乘積還與導(dǎo)向矢量、目標(biāo)散射功率有關(guān)，所輸出的協(xié)方差矩陣為所述數(shù)學(xué)期望；

在接收端構(gòu)造虛擬陣列，所述虛擬陣列中的虛擬陣元是根據(jù)所述協(xié)方差矩陣計(jì)算得到的二階統(tǒng)計(jì)量；

從所述虛擬陣列的頻率集中為每個(gè)所述虛擬陣元隨機(jī)選擇頻率形成波束圖，其中，所述頻率集中的所述頻率是參考頻率與A倍單位頻偏的和，所述A選自第一數(shù)組和第二數(shù)組的差集，所述第一數(shù)組包括E個(gè)元素，所述第二數(shù)組包括F個(gè)元素，所述E和所述F為互質(zhì)整數(shù)，且E≥0，F(xiàn)≥0。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在包括Q個(gè)不相關(guān)的遠(yuǎn)場(chǎng)點(diǎn)目標(biāo)且第q個(gè)所述遠(yuǎn)場(chǎng)點(diǎn)目標(biāo)位于二維極坐標(biāo)系的情況下，所述模型為：

其中，q為整數(shù)且1≤q≤Q，R_x為所述模型輸出的所述協(xié)方差矩陣，x(t)為所述接收信號(hào)矢量，A_p,f表示所述導(dǎo)向矢量的矩陣，R_d表示所述目標(biāo)散射功率；表示高斯噪聲的功率，表示M+N-1維的單位矩陣；

其中，n(t)為高斯白噪聲，并且：

其中，所述第q個(gè)所述遠(yuǎn)場(chǎng)點(diǎn)目標(biāo)在所述二維極坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(θ_q,R_q)，S(t)為信號(hào)源矢量矩陣，S_n(t)表示第n個(gè)信號(hào)源矢量，1≤n≤Q，A_p,f表示所述導(dǎo)向矢量的矩陣，r_p是與入射角有關(guān)的所述導(dǎo)向矢量，r_f是與信號(hào)源距離有關(guān)的所述導(dǎo)向矢量，r_p,f等于r_p和r_f的克羅內(nèi)克積、表示總的所述導(dǎo)向矢量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在所述遠(yuǎn)場(chǎng)點(diǎn)目標(biāo)位于所述二維極坐標(biāo)系且所述虛擬陣列被波束成形到另一個(gè)位置的情況下，所述虛擬陣列的所述虛擬陣元中第l個(gè)虛擬陣元的信號(hào)表達(dá)式為：

其中，m_l是隨機(jī)變量，且，u和v分別是對(duì)θ和R做歸一化的換元符號(hào)，△f為單位頻偏，c為光速，為所述第l個(gè)虛擬陣元在所述另一個(gè)位置的坐標(biāo)，所述L為所述虛擬陣列中所述虛擬陣元的數(shù)量，所述第l個(gè)虛擬陣元指代所述虛擬陣元中的任意一個(gè)虛擬陣元，代表-1的平方根。

4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還還包括在所述發(fā)射端以所述頻率集中的不同頻率發(fā)射待所述接收陣列接收的信號(hào)。

5.一種基于頻率分集陣列的天線系統(tǒng)，其特征在于，所述天線系統(tǒng)包括第一子陣和第二子陣，所述第一子陣被配置為包括M個(gè)均勻布置的陣元，所述第二子陣被配置為包括N個(gè)均勻布置的陣元，所述M和所述N為互質(zhì)整數(shù)，且M≥0，N≥0；以及所述天線系統(tǒng)被配置為執(zhí)行如權(quán)利要求1到權(quán)利要求4中任意一項(xiàng)所述的方法。

6.一種基于頻率分集的陣列天線的波束控制器，其特征在于，所述波束控制器包括處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器配置為存儲(chǔ)指令，所述處理器被配置為在執(zhí)行存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中的所述指令時(shí)，執(zhí)行如權(quán)利要求1到權(quán)利要求4中任意一項(xiàng)所述的方法。