[發明專利]基于頻率分集的陣列天線的波束控制方法、系統及控制器

有效

• 申請號: 202110173525.5
• 申請日: 2021-02-09
• 公開（公告）號: CN112511209B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 劉升恒;黃永明;毛子煥;倪天恒;尤肖虎
• 申請（專利權）人: 網絡通信與安全紫金山實驗室
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/0408;G01S7/42
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 杜娟娟

本申請提供改進的基于頻率分集的陣列天線的波束控制方法，該方法包括：由包括第一子陣和第二子陣的接收陣列接收來自發射端的信號，第一子陣包括M個均勻設置的陣元、第二子陣包括N個均勻設置的陣元，M和N為互質整數，且M≥0，N≥0；接收陣列中的每一個陣元中所接收的信號被輸入到已構建的模型中，經由模型處理后輸出協方差矩陣，模型與接收信號矢量、導向矢量、目標散射功率有關；在接收端構造虛擬陣列，虛擬陣列中的虛擬陣元是根據該協方差矩陣計算得到的二階統計量；以及從從所述虛擬陣列的頻率集中為每個所述虛擬陣元隨機選擇頻率形成波束圖。本申請的方案可實現距離?角度解耦與波束聚焦。

技術領域

本發明涉及通信技術領域，更為具體地，涉及基于頻率分集的陣列天線的波束控制方法。

背景技術

頻率分集陣列(Frequency Diverse Array,FDA)自從Antonil等人于2006年提出以來，一直是雷達領域研究的熱點。與傳統的相控陣天線不同，頻率分集陣列(FDA)在每個陣元上引入了載頻差，從而提供距離角度相關的波束方向圖,這使得FDA具有抗距離依賴性等相控陣所沒有的優點。然而，頻率均勻增加的線性FDA在遠場波束圖的情況下存在角度-距離耦合的問題，這使得陣列能量在空間中呈S形分布，導致定位模糊。

目前為止，人們已提出了許多非線性增加的頻率偏移方案來獲得空間聚焦波束圖。例如，劉一民提出了一種隨機頻率分集陣列（RFDA）的方法，其分析了波束圖的解析表達式。根據該方法，在均勻線陣中隨機分配各陣元的載波頻偏，從而實現角度與距離解耦的波束模式。然而，這種隨機頻率偏移法需要不停地改變每個發射單元的載波頻率，對射頻硬件的要求非常高，增加了工程實現的難度。

因此，有必要提出改進的頻率分集陣列方案。

發明內容

有鑒于此，本申請提供改進的基于頻率分集的陣列天線的波束控制方法。根據本申請的一個方面，所提供的基于頻率分集陣列天線的波束控制方法包括：由包括第一子陣和第二子陣的接收陣列接收來自發射端的信號，其中，所述第一子陣包括M個均勻布置的陣元、所述第二子陣包括N個均勻布置的陣元，所述M和所述N為互質整數，且M≥0，N≥0；所述接收陣列中的每一個所述陣元中所接收的信號被輸入到已構建的模型中，經由所述模型處理后輸出協方差矩陣，其中，所述模型與接收信號矢量、導向矢量、目標散射功率有關；在接收端構造虛擬陣列，所述虛擬陣列中的虛擬陣元是根據所述接收陣列所述協方差矩陣計算得到的二階統計量；以及從所述虛擬陣列的頻率集中為每個所述虛擬陣元隨機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，其中所述A選自第一數組和第二數組的差集，所述第一數組包括E個元素，所述第二數組包括F個元素，所述E和所述F為互質整數，且E≥0，F≥0。

在一些基于頻率分集的陣列天線的波束控制方法的示例中，在包括Q個不相關的所述遠場點目標且第q個所述遠場點目標位于二維極坐標系的情況下，所述模型為：

其中，q為整數且1≤q≤Q，R_x為該模型輸出的所述協方差矩陣，x(t)表示接收信號矢量，A_p,f表示導向矢量的矩陣，R_d表示目標散射功率，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：