[发明专利]基于空时编码的频率分集阵列雷达距离分辨率增强方法

权利要求书

1.基于空时编码的频率分集阵列雷达距离分辨率增强方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设频率分集阵列雷达的发射端由M个发射阵元组成，阵元间以半波长为间隔等距分布；所有发射阵元同时发射信号，且各发射阵元的发射信号载频存在固定的频率偏移；获取每个发射阵元的发射信号，进而得到频率分集阵在时间t、角度θ处的发射合信号；

步骤2，根据驻定相位原理，将发射合信号s(t，θ)从时域变换到频域，得到发射合信号的频域表示s(f，θ)，据此获得频率分集阵的角度与频率间的线性关系；

所述获得频率分集阵的角度与频率间的线性关系，具体步骤为：

首先，当频移量远远小于载频和发射带宽时，忽略与阵元数相关的二次相位项，据此对发射合信号的频域表示进行展开和近似，得到化简的频域表达式：

其中，为发射频率与信号载频之差，f表示发射频率，θ为角度；f₀为信号载频，Δf为频移量；|·|表示取绝对值，rect(·)表示矩形包络，t为时间，E为发射信号总能量，M为发射阵元数目，j为虚数单位，μ＝B/T_p为调频斜率，B为发射信号带宽，T_p为发射信号脉宽，d为阵元间距，λ₀为发射波长；

a_T(θ)为空域导向矢量，上标H表示矩阵的共轭转置；为频域导向矢量，为频域基带波形；其表达式分别为：

其中，上标T表示矩阵的转置；

在空域导向矢量和频域导向矢量的加权效应下，发射信号的不同频带指向不同的空间角度；

然后，当空域导向矢量和频域导向矢量的相位项完全相消，即满足：

dsinθ/λ₀+Δf(f—f₀)/μ＝0

得到频率分集阵发射波束空域主瓣对应的频段：

f＝f₀-μdsinθ/λ₀Δf；

上式即为频率分集阵的角度与频率间的线性关系；

步骤3，根据频率分集阵的角度与频率间的线性关系，设计阵元维和脉冲维的二维空时编码；

所述根据频率分集阵的角度与频率间的线性关系，设计阵元维和脉冲维的二维空时编码，具体步骤为：

3a)由于频率分集阵任一空域角度对应的频域主瓣带宽，即有效发射带宽，降为发射总带宽的1/M；因此，设计M个脉冲组成的相干脉冲串，即脉冲数等于阵元数；

3b)通过对发射信号进行二维空时编码设计，使第k个子脉冲频域主瓣中心的频点值等于(k-1)B/M；同时满足各个子脉冲频域主瓣带宽均为发射信号总带宽的1/M；且相邻子脉冲频域主瓣的中心频点相差B/M；通过M个子脉冲相干积累，脉冲串合成的频域总带宽等于发射带宽B；

据此设计第m个阵元第k个脉冲上的空时编码为：

α_k，m＝e^{-j2π(m-1)(k-1)ΔfB/μ/M}

其中，m＝1，2，…，M，k＝1，2，…，M；Δf为频移量；j为虚数单位，μ＝B/T_p为调频斜率，B为发射信号带宽，T_p为发射信号脉宽；

3c)在Δf＝1/T_p的条件下，第m个阵元第k个脉冲上的空时编码化简表示为：

α_k，m＝e^{-j2π(m-1)(k-1)/M}；

步骤4，采用所述二维空时编码对每个子脉冲发射信号进行相位加权，得到空时编码后每个子脉冲的阵列发射合信号；将M个空时编码后子脉冲的阵列发射合信号进行相干累加，得到空时编码后相干脉冲串的发射合信号，即为距离分辨率增强的发射信号。