[发明专利]一种基于频控分布式电磁矢量传感器的稳健波束形成方法

说明书

本发明公开了一种基于频控分布式电磁矢量传感器的稳健波束形成方法，属于频控分布式电磁矢量传感器阵列雷达技术领域，包括针对FD‑DEMVS的具体设计步骤及基于变量对角加载的稳健波束形成方法。与传统的最小方差无失真方法相比，本发明阵列输出SINR得到提高，有效地改善了阵列性能；此外，本发明所提出的FD‑DEMVS与紧凑FD‑EMVS相比，其形成的波束因FD‑DEMVS孔径较大而具有更好的分辨力，因此本发明具有在给定区域汇集更高能量的特点。

技术领域

本发明属于频控分布式电磁矢量传感器(FD-DEMVS)阵列雷达技术领域，具体涉及一种基于频控分布式电磁矢量传感器的稳健波束形成方法的设计。

背景技术

天线阵列信号处理技术已在雷达、声纳、无线通信及医学信号检测等众多领域得到广泛应用。波束形成作为阵列信号处理技术的重要分支，其性能主要由天线阵列结构、自身的方向特性及相应的波束形成方法共同决定。因此，只有对天线阵列结构和阵列信号处理方法同时优化，才能提高天线系统的整体性能。现有的相位阵阵元发射的是同一相参信号，通过在每个阵元的输出端调整移相器的相移量(权值)便可实现波束的空域扫描、波束方向控制。但相位阵波束仅具有角度依赖性，而不具有距离依赖性。

频控阵(FDA，Frequency Diverse Array)因在同一时间对不同阵元施加不同的频偏，发射相参信号，其波束具有角度-距离二维依赖性。但频控阵没有考虑可提高阵列性能的电磁波磁场信息。极化敏感阵列(PSA，Polarization Sensitive Array)可以同时获得空间传播电磁信号的空间到达信息和极化信息，较相位阵列具有较强的抗干扰能力、系统分辨能力及极化多址能力等优势，但存在与相位阵同样的问题，即极化波束图不具有距离依赖性，限制了其对距离依赖性干扰的应用。紧凑频控电磁矢量传感器(FD-EMVS，FrequencyDiverse Electromagnetic Vector Sensor)的每个天线矢量阵元由不同指向的电偶极子和磁偶极子构成，且在同一时间对不同矢量阵元施加不同的频偏，发射相参信号。PSFDA可以同时提供角度-距离-极化依赖性波束，但达不到期望的阵列性能。

频控分布式电磁矢量传感器(FD-DEMVS，Distributed Frequency DiverseElectromagnetic Vector Sensor)分别由位于给定半径圆环上指向x,y,z轴的电偶极子和磁偶极子构成，且在同一时间对位于不同圆环位置上的偶极子施加不同的频偏，发射相参信号。FD-DEMVS不仅可以提供同FD-EMVS相同的角度-距离-极化依赖性波束，而且具有更好的空域-距离域-极化域分辨力，阵列输出SINR(Signal to Interference plus NoiseRatio，信噪比)高，另外，目前针对导向向量失配的情况下没有有效的FD-DEMVS波束形成方法，亦没有对FD-DEMVS的具体相关应用提供相应方法。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，提出了一种基于频控分布式电磁矢量传感器的稳健波束形成方法，以通过改变天线阵列结构设计和波束形成方法获得FD-DEMVS稳健角度-距离-极化依赖特性波束，并进一步提高阵列输出SINR。

本发明的技术方案为：一种基于频控分布式电磁矢量传感器的稳健波束形成方法，包括以下步骤：

S1、确定频控分布式电磁矢量传感器的空间结构：根据给定的阵列尺寸、天线阵元数、天线阵元间距和FD-DEMVS半径，在每个天线上分别放置指向x,y,z坐标轴的电偶极子和磁偶极子，构成频控分布式电磁矢量传感器。

S2、根据频控分布式电磁矢量传感器的空间结构设置各天线阵元对应的频率增量：在x-y平面内，以FD-DEMVS的中心作为参考点，以位于处的天线阵元作为第1个天线阵元，沿FD-DEMVS圆环逆时针方向依次记为第2个天线阵元，第3个天线阵元，...，第N个天线阵元；R为FD-DEMVS半径，N为天线阵元数；根据“点”形波束图形成原理，以各天线阵元序号的3次方形式设计该天线阵元的频率增量。