[发明专利]一种低交叉极化的共形阵列混合波束形成码本设计方法

说明书

本发明涉及一种针对共形阵列的混合波束形成码本方法，主要解决其中理想主极化方向图的激励获取以及交叉极化方向图的抑制问题。本发明结合共形阵列特点，调整了传统混合波束形成基本结构，将使其具备可行性；在不同场景下的共形阵列中可以灵活调整交叉极化电平，使交叉极化现象得到针对性抑制。且据我们所知，这是共形阵列混合波束形成中首个考虑到交叉极化抑制，并在主极化方向获得较为理想方向图的方案。

技术领域

本发明属于码本设计技术，具体涉及一种针对共形阵列的混合波束形成码本的设计技术。

技术背景

当前，毫米波频段已经受到了通信、雷达等领域的广泛关注，伴随着波束对准技术的发展，毫米波系统可以在未获得信道状态矩阵的情况下利用码本实现波束形成。在这种场景中，发端与收端共用同一个码本，一个码本包含若干个码字，每一个码字都对应一个预先定义好的方向图，进而实现波束扫描、数据传输、波束对准等任务。

目前在混合波束形成的码本设计领域已经有一些研究工作相继出现，较有代表性的包括：J.Song等人利用MSE准则逼近理想方向图，分别设计了均匀线阵和均匀面阵两种场景下的共同码本，但由于所提出的算法使用了穷举搜索的办法，导致其算法随着理想方向图的非零元素增加而产生令人望而却步的计算复杂度；此后，Pal等人利用Wirtinger Flow方法，基于梯度下降法的思想在均匀线阵上对J.Song所提出的算法进行了改良，降低复杂度的同时也获得了相对更好的方向图；Wei Wang等人基于波束“集中度”以及“平整度”对码本方向图的设计提出了一种评价标准，并根据其提出的评价标准在均匀线阵上提出了新的码本设计方案，可以说，Wei Wang等人提出的方向图评价标准可以很好的衡量波束方向图性能，经仿真验证，其所提出的码本方向图的集中度以及平整性均优于已有的码本设计方案，但上述已有成果都是基于平面阵列进行的设计，无法迁移到共形阵列中进行应用。

共形阵列是一种与其载体形状吻合的曲面阵列，相比于平面阵列而言，共形阵列可以减小飞机的空气阻力，提高飞行器的气动性能以及隐身性能，提高飞行器的空间利用效率，并且可以增加其波束扫描范围。除此以外，共形阵列的天线孔径更大，这会提高阵列天线的分辨率以及自由度。因此，共形阵列在飞机、导弹、军舰、共形通信阵列等应用场景下具有广泛的研究前景。然而，据我们所调查，目前针对共形阵列混合波束形成的码本设计很少，Ping Zhang等人设计了一种基于共形阵列的毫米波混合波束形成分层码本，主要针对于无人机上的波束跟踪，仿真结果证明了共形阵列在高动态场景中相较于传统阵列的显著优势，但Ping Zhang的工作中，阵元方向图被假设具有理想的方向性，且并未考虑共形阵列的交叉极化效应的影响，这在实际共形阵列应用中显然是不可忽视的因素。一般情况下，交叉极化现象可以通过选择合理的阵元结构及阵列安排来进行针对性抑制。然而，使用经优化后的阵元权值激励可以更大程度的降低交叉极化现象。

共形阵列各个阵元具有不同的指向性以及方向图，因此不能像分析平面阵列一样使用方向图乘积定理。必须应对每个阵元分别建模，增加了求取整个阵列方向图的难度。此外，由于阵列中各阵元不再位于同一平面，其交叉极化问题变得不可忽视，在算法设计中应充分考虑到交叉极化的遏制。因此，共形阵列上的混合波束形成码本设计具有一定的挑战性。

近年来，有很多学者从方向图综合的角度来研究交叉极化抑制问题，包括联合优化、设计圆极化方向图等手段。然而，据我们所知，目前仍未有人针对混合波束形成中共形阵低交叉极化现象算法进行相关研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种适用于共形阵列的混合波束形成架构的，能使交叉极化现象得到针对性抑制的码本设计方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种低交叉极化的共形阵列混合波束形成码本设计方法，包括以下步骤：

1、一种低交叉极化的共形阵列混合波束形成码本设计方法，其特征在于，包括以下步骤：