[发明专利]一种基于稀疏频控传感器天线阵列的多波束形成方法

权利要求书

1.一种基于稀疏频控传感器天线阵列的多波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据给定的频控阵列孔径设置初始化频控阵，并确定该初始化频控阵的方位导向矩阵；

S2、根据初始化频控阵及其方位导向矩阵，在约束条件下确定频控阵加权矩阵；

S3、根据频控阵加权矩阵得到稀疏频控阵阵列；

S4、设定稀疏频控阵阵列中各放大器的增益参数，得到稀疏频控阵阵列对应的多波束综合图；

所述步骤S4具体为：

采用凸优化方法确定所述稀疏频控阵阵列的最优距离维加权矩阵和最优角度维加权矩阵，并依次由所述最优距离维加权矩阵和最优角度维加权矩阵中各相应列向量的克罗内克积得到各波束对应的最优角度-距离加权向量，同时根据各波束的期望方位信息，分别将各最优角度-距离加权向量中的元素值作为各波束对应天线阵元中所有载频信号所对应放大器的增益参数，得到稀疏频控阵阵列对应的多波束综合图；

所述最优距离维加权矩阵和最优角度维加权矩阵为下述凸优化过程的结果：

式中和υ分别为距离维最大旁瓣高度和角度维最大旁瓣高度所能容忍的值，A_{sparse_r0}(:,k)和分别为针对稀疏频控阵阵列第k个波束方位对应的距离维导向向量和角度维导向向量，A_{sparse_RSL}(:,k)和A_{sparse_ΘSL}(:,k)分别为针对稀疏频控阵阵列第k个波束的距离维旁瓣区域和角度维旁瓣区域对应的方位导向矩阵，W_{sparse_r}(:,k)和W_{sparse_θ}(:,k)分别为针对稀疏频控阵阵列第k个波束对应的距离维和角度维加权向量。

2.根据权利要求1所述的多波束形成方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：

根据给定的频控阵列孔径，按相邻阵元间隔1/4波长、相应各阵元第一频率增量依次递增7.5KHz，设置一个含有密集阵元的初始化频控阵，并根据设置的阵元数、频率增量组及将观测范围等栅格划分的观测区间数确定该初始化频控阵的方位导向矩阵。

3.根据权利要求2所述的多波束形成方法，其特征在于，所述方位导向矩阵为：

A＝[a(r₁,θ₁) a(r₂,θ₂) … a(r_L,θ_H)] (1)

式中L表示观测范围距离维等间隔划分的观测个数，H表示观测范围角度维等间隔划分的观测个数，(r₁,θ₁),(r₁,θ₂),...,(r_L,θ_H)表示由距离r和方向θ形成的各观测方位，a(r_i,θ_j),i＝1,...,L；j＝1,...,H为方位导向向量；其中：

式中设阵列左侧的第一个阵元为参考阵元，Δf为参考阵元的第一频率增量，f₀为频控阵的中心载频，c为光速，M为阵元数，d为相邻阵元间隔，表示克罗内克积，表示向量a_R(r_i)中的每一个元素均与向量a_Θ(θ_j)相乘，[·]^T表示向量的转置。

4.根据权利要求1所述的多波束形成方法，其特征在于，所述步骤S2中的约束条件为：

在给定频控阵列孔径范围内，所有波束相应的主瓣高度归一化、距离维最高旁瓣高度以及角度维最高旁瓣高度均不大于给定值。

5.根据权利要求1所述的多波束形成方法，其特征在于，所述步骤S2中的频控阵加权矩阵包括1-范数合成距离维加权向量、1-范数合成角度维加权向量以及1-范数联合角度-距离向量；所述联合角度-距离向量为合成距离维加权向量和合成角度维加权向量之差。