[发明专利]子阵级混合MIMO‑相控阵系统的方向图设计方法

权利要求书

1.子阵级混合MIMO-相控阵系统的方向图设计方法，其特征在于它按以下步骤实现：

一、根据相干处理增益向量设计相干处理增益方向图；

二、根据波形分集向量设计波形分集方向图；

三、根据接收阵导向向量设计接收方向图；

四、由相干处理增益方向图、波形分集方向图与接收方向图合成为子阵级混合MIMO-相控阵系统的方向图；

其中，所述相干处理增益方向图及波形分集方向图由系统的发射端决定，而接收方向图由所述系统的接收端决定；

所述步骤一具体为：

(一)子阵级混合MIMO-相控阵系统的阵列包括发射阵和接收阵；且发射阵和接收阵采用相同的阵列结构,即采用收/发共用阵；阵列中包括N个阵元，划分为L个子阵，设第l个子阵中的阵元数为N_l，即1≤l≤L；

(二)在子阵级混合MIMO-相控阵系统的发射阵中，用阵元移相器控制阵列波束指向，设波束指向为同时对各阵元的发射信号进行加权，以进行发射波束形成，因而共有N个发射波束形成权，构成了发射波束形成权向量w_T；

其中，所述w_T为N维列向量，w_T的第1行至第N₁行元素构成一个N₁维列向量,是第1个子阵的发射波束形成权向量，用w_{T_1}表示；第N₁+1行至第N₁+N₂行元素构成了一个N₂维列向量，是第2个子阵的发射波束形成权向量，用w_{T_2}表示；第N₁+N₂+…N_l-1+1行到第N₁+N₂+…N_l-1+N_l行元素构成了一个N_l维列向量，是第l个子阵的发射波束形成权向量，用w_{T_l}表示；依此类推；而第N-N_L+1行到第N行元素构成了一个N_L维列向量，是第L个子阵的发射波束形成权向量，用w_{T_L}表示；

(三)设为发射阵的导向向量，是一个N维列向量，其中，的第1行至第N₁行元素构成了一个N₁维列向量，是第1个子阵的发射阵导向向量，用表示；第N₁+1行至第N₁+N₂行元素构成了一个N₂维列向量，是第2个子阵的发射阵导向向量，用表示；第N₁+N₂+…N_l-1+1行到第N₁+N₂+…N_l-1+N_l行元素构成了一个N_l维列向量，是第l个子阵的发射阵导向向量，用表示；依此类推；而第N-N_L+1行到第N行元素构成了一个N_L维列向量，是第L个子阵的发射阵导向向量，用表示；

其中，所述表示俯仰角与方位角，所述θ：俯仰角，即在xyz坐标系中，坐标原点与所在方向的连线与z轴的夹角；方位角，即在xyz坐标系中，坐标原点与所在方向的连线在xoy平面上的投影与x轴的夹角；

(四)定义发射阵的相干处理增益向量为

是一个L维列向量，式中，^H表示共轭转置；

则相干处理增益方向图为

所述步骤二具体为：

用表示由波程差引起的第l个子阵与第1个子阵相比的发射信号延迟时间，由此，定义波形分集向量它是一个L维列向量：

其中，所述表示第l个子阵的波形分集；波形分集方向图为

其中，表示的共轭转置，其中^H表示共轭转置，表示波束指向处的波形分集向量，表示阵列的波束指向；

所述步骤三具体为：

在子阵级混合MIMO-相控阵系统的接收阵中，各阵元移相器用于控制接收的波束指向，同时对各阵元的接收信号进行Taylor加权，以抑制接收方向图的旁瓣电平；设接收阵中第1个阵元位于坐标原点为参考阵元，第n个阵元的坐标为(x_n，y_n)，其中n＝1,…,N，令设

式中λ为工作波长，表示第n个阵元的移相值，由此，令其为一个N维列向量；

设阵列的子阵转换矩阵为T，它是N×L维矩阵，由子阵结构、各阵元的移相值及幅度加权共同决定，则接收阵的导向向量为

它是一个L维列向量，T^H为T的共轭转置；

而接收方向图为

其中，表示的共轭转置；表示波束指向处的接收阵导向向量,表示阵列的波束指向；

所述步骤四具体为：

系统的总方向图为上述的相干处理增益方向图，波形分集方向图及接收方向图三者的乘积，即