[发明专利]子阵级混合MIMO‑相控阵系统的方向图设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及子阵级混合MIMO-相控阵系统的方向图设计方法。

背景技术

子阵级混合MIMO-相控阵系统是将MIMO(Multiple-Input Multiple-Output,多输入-多输出)系统与相控阵系统相结合的一种新系统，其克服了已有的MIMO系统和相控阵系统的一些局限。

MIMO是一种新兴系统，其优势通常是与传统的相控阵系统相比较而言。MIMO系统与相控阵系统相比有较大的优势,如更好的检测性能、更高的方向分辨率及估计精度，及电子对抗及多径环境下更好的鲁棒性等。

但是与相控阵系统相比，MIMO系统与也存在一些局限。包括：1.各天线阵元发射正交信号，不具备相控阵系统的相干处理增益，从而产生波束形状损失，并在目标散射截面积衰落时使系统性能有所下降；2.产生信噪比(SNR)损失，影响目标检测及参数估计精度等。尽管这种SNR损失可通过增加累积时间来补偿，但由于应用中的有限相干处理时间及传播路径损耗等，其实现存在很多问题。3.现代电子系统常包含数百至数千个天线阵元。如果直接应用MIMO系统，则需要很多独立的发射信号并在接收端采用数百至数千个接收通道，这在硬件成本及算法的运算代价等方面均无法承受；而且为得到合适的发射信号，需要对维数巨大的优化问题进行求解。

子阵级混合MIMO-相控阵系统目前刚刚开始研究，有很多问题还没有解决。其中一个重要方面是，这种系统的方向图设计方法目前还没有研究成熟。

发明内容

本发明是为克服已有MIMO系统所存在的一些局限，即与相控阵系统相比其有信噪比损失从而影响目标检测及参数估计精度,有波束形状损失从而导致系统性能下降，以及系统软硬件成本过高导致难以实现等，本发明提出了子阵级混合MIMO-相控阵系统的方向图设计方法。

子阵级混合MIMO-相控阵系统的方向图设计方法，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。

发明效果：

本发明中的子阵级混合MIMO-相控阵系统克服了MIMO系统的上述局限，可有效降低硬件成本及运算代价。其在保持MIMO系统所有优势的同时，还具有相控阵系统的相干处理增益的优势。

目前国内外对混合MIMO-相控阵系统已进行了研究,但存在如下局限:(1)收/发天线分置；(2)系统接收端不采用子阵级处理而只采用阵元级处理,因而不是子阵级的MIMO-相控阵系统。其局限在于,系统接收端需要数量巨大的接收通道(与接收阵元数相同,可达到数百至数千的量级),这在硬件成本及算法运算代价方面均无法承受。

与已有的混合MIMO-相控阵系统相比,本发明中的子阵级混合MIMO-相控阵系统的优势是:(1)采用收/发共用阵,成本低且易于在已有平台上实现。(2)子阵级混合MIMO-相控阵系统的接收端采用子阵级处理,与已有的混合MIMO-相控阵系统接收端的阵元级处理方式相比,接收通道数和信号处理维数可由阵元数(数百至数千量级)降低到子阵数(数十的量级),可降低数十倍。

本发明解决了子阵级混合MIMO-相控阵系统的方向图设计问题，与已有的相控阵系统及MIMO系统的方向图设计方法不同，本发明将子阵级混合MIMO-相控阵系统的方向图构造为三个分量：分别为相干处理增益方向图，波形分集方向图及接收方向图。

子阵级混合MIMO-相控阵系统的阵列导向向量由相干处理增益向量、波形分集向量及接收阵导向向量等三者共同决定。因而,子阵级混合MIMO-相控阵系统具有相干处理增益性能；从而克服了MIMO系统的局限。因为MIMO系统中,阵列导向向量只由波形分集向量与接收阵导向向量决定；因而不具有相干处理增益,从而产生波束形状损失，使系统性能下降；并产生信噪比损失，从而影响目标检测及参数估计精度等。

附图说明

图1是具体实施方式一中系统的阵列及子阵示意图；

图2是具体实施方式一中总方向图的设计方案；

图3是坐标系及俯仰角和方位角的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的子阵级混合MIMO-相控阵系统的方向图设计方法，它按以下步骤实现：