[发明专利]子阵级混合MIMO‑相控阵系统的方向图设计方法

摘要

子阵级混合MIMO‑相控阵系统的方向图设计方法，本发明涉及子阵级混合MIMO‑相控阵系统的方向图设计方法。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。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混合MIMO‑相控阵系统的方向图。本发明应用于具有多输入多输出功能的现代电子系统。

主权项

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Nl，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wT；其中，所述wT为N维列向量，wT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wT_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wT_2表示；第N1+N2+…Nl‑1+1行到第N1+N2+…Nl‑1+Nl行元素构成了一个Nl维列向量，是第l个子阵的发射波束形成权向量，用wT_l表示；依此类推；而第N‑NL+1行到第N行元素构成了一个NL维列向量，是第L个子阵的发射波束形成权向量，用wT_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+…Nl‑1+1行到第N1+N2+…Nl‑1+Nl行元素构成了一个Nl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‑NL+1行到第N行元素构成了一个NL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(xn，yn)，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，TH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