[发明专利]一种基于均匀线阵宽带波束形成的栅瓣抑制方法及系统

说明书

本公开公开了一种基于均匀线阵宽带波束形成的栅瓣抑制方法及系统，包括：根据接收信号的带宽及所需精度，确定阵元的间距及阵元个数；基于不同频点对应的半波长和阵元的间距，计算每个频点不出现栅瓣的扫描角度；对经过预处理后的接收信号计算带宽范围内每个频点的协方差矩阵，并根据每个频点的扫描角度，得到每个频点的低栅瓣协方差矩阵；通过低栅瓣协方差矩阵采用自适应波束形成算法求得每个频点的权值，根据每个频点的权值进行均匀线阵的宽带波束形成。解决宽带波束形成中由于波束扫描所产生的栅瓣问题，适用于均匀线阵，且不受天线尺寸和形式的影响。

技术领域

本公开涉及栅瓣抑制技术领域，特别是涉及一种基于均匀线阵宽带波束形成的栅瓣抑制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

阵元间距的选取会影响栅瓣的产生，一般为了避免在90°内产生栅瓣，要求阵元间距不大于接收信号的半波长，但是对于宽带信号来说，如果阵元间距取最高频率对应的半波长，则在90°范围内不会产生栅瓣，但是往往由于天线物理口径的约束，阵元间距的选取达不到最高频率对应的半波长，这就会导致宽带信号中那些波长小于阵元间距二倍的频点在进行波束扫描时产生栅瓣。且阵元间距选取越大，栅瓣的位置越接近主瓣，扫描的角度越小，对输出的结果产生不利的影响。尤其在太阳射电应用中，需要对太阳进行实时的跟踪，栅瓣的出现必然会引入干扰，造成结果的不精确，影响太阳信号的观测。所以需要对出现的栅瓣进行抑制来确保接收信号的精度。

目前很多研究学者对如何抑制波束扫描中产生的栅瓣、扩大扫描角度做了大量的研究。

第一种方法就是对阵列天线在子阵级或者单元级上进行非周期结构排布方式优化设计，将栅瓣能量分散，从而抑制栅瓣，这种方法利用子阵级随机排布来打破阵面布局的周期性，或采用单元不等间距布阵形式来打破子阵的规则性。这种方法对栅瓣的抑制主要由阵列的形状确定，且对算法的要求很高。

第二种方法为采用阵列高效有源单元方向图抑制栅瓣，若阵中单元的方向图零点位置与总场阵因子方向图栅瓣位置对应，则可达到栅瓣抑制作用，因此要求设计合适的单元形式；而且阵列单元尺寸和形式的选择由扫描空域范围及最大扫描角扫描时所允许的增益下降值决定。所以此方法只应用于特定的条件下，普适性不高且较为复杂。

所以，发明人认为目前现有的宽带波束栅瓣抑制方案多存在依赖于特定的天线排列以及复杂的算法，不易实现，且不适用于均匀线阵的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提出了一种基于均匀线阵宽带波束形成的栅瓣抑制方法及系统，解决宽带波束形成中由于波束扫描所产生的栅瓣问题，适用于均匀线阵，且不受天线尺寸和形式的影响。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

第一方面，本公开提供一种基于均匀线阵宽带波束形成的栅瓣抑制方法，包括：

根据接收信号的带宽及所需精度，确定阵元的间距及阵元个数；

基于不同频点对应的半波长和阵元的间距，计算每个频点不出现栅瓣的扫描角度；

对经过预处理后的接收信号计算带宽范围内每个频点的协方差矩阵，并根据每个频点的扫描角度，得到每个频点的低栅瓣协方差矩阵；

通过低栅瓣协方差矩阵采用自适应波束形成算法求得每个频点的权值，根据每个频点的权值进行均匀线阵的宽带波束形成。

第二方面，本公开提供一种基于均匀线阵宽带波束形成的栅瓣抑制系统，包括：

用于根据接收信号的带宽及所需精度，确定阵元的间距及阵元个数的模块；

用于基于不同频点对应的半波长和阵元的间距，计算每个频点不出现栅瓣的扫描角度的模块；