[发明专利]基于子阵划分的MIMO雷达多波束发射方向图设计方法

说明书

本发明提供一种基于子阵划分的MIMO雷达多波束发射方向图设计方法，包含步骤：S1、建立MIMO雷达发射信号模型，所述模型的发射阵元数为N，根据任务设定发射子阵个数M，一个发射子阵对应一个发射波束；S2、根据各波束的发射功率比，确定各发射子阵的阵元数；S3、按照各发射子阵的阵元数以非均匀不交叠的方式，将N个发射阵元划分至M个子阵；S4、根据子阵结构设计MIMO雷达多波束发射方向图。本发明通过非均匀不重叠子阵划分方式，结合MIMO雷达多波束发射方向图设计，实现了MIMO雷达同时多波束目标探测跟踪能力。本发明易于通过硬件实现，且可灵活变化子阵结构，在最大信干噪比准则下，具备稳健的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及MIMO雷达技术领域，具体涉及一种基于子阵划分的MIMO雷达多波束发射方向图设计方法。

背景技术

子阵划分能够增加阵列设计的灵活性，它是发射方向图设计领域的一个重要研究课题。实际中，为了获得更高的信噪比、更窄的主瓣宽度等性能指标，雷达阵列需要成百上千的阵元来合成发射方向图。如果在阵元级优化发射权或发射波形，虽然能够获得最优的方向图性能，但是不仅会提高系统复杂度及成本，还会使得计算复杂度较大，难以满足实时性要求。如果阵列结构和发射波形可以同时优化的话，那么在保证方向图性能损失较小的条件下，可极大地降低硬件实现复杂度。如果将阵列事先按一定的方式划分成多个子阵，那么此时只需要优化发射波形，这样做可能会导致发射方向图性能的损失，但是它能够在保证一定性能要求的前提下，降低工程实现的难度，还能够减少优化变量的个数，提高发射权或发射波形的计算效率，降低计算时间。

现有技术中：

专利号CN201510329408.8(“基于加权K均值聚类的大型相控阵天线子阵划分方法”)提供了一种基于加权K均值聚类的大型相控阵天线子阵划分方法，文中提及的子阵划分方法是一种基于最小化权值向量逼近误差的方法。该方法在子阵划分前都需要首先计算出全阵元权值向量，计算量巨大，不能满足实时性要求。

专利号CN201610960284.8(“基于非均匀子阵划分的MIMO雷达阵列设计方法”)提供了一种MIMO(Multiple-Input Multiple-Output多输入多输出)雷达非均匀子阵划分方法，文中采用均匀或非均匀重叠的方法划分子阵，子阵划分模式简单易行。但是文中并未给出针对发射多波束模式MIMO雷达子阵划分设计方法。

专利号CN201611183179.4(“一种有源相控阵雷达天线子阵划分方法”)提供了一种采用遗传算法和模糊C均值聚类的子阵划分方法，文中采用遗传算法计算加权向量，并采用模糊聚类的方式，确定子阵划分形式。由于遗传算法计算复杂度较高，所需计算时间较多，因此该方法不适用于实时性要求高的MIMO雷达系统。

南京电子研究所邹佳龙的学术论文《相控阵MIMO雷达最佳子阵划分》一文中，详细给出了相控阵MIMO雷达采用满重叠子阵划分方式的波束形成方法，并分析了子阵数目对探测距离、输出信干噪比等性能指标的影响。但文中只针对单一波束条件下的子阵划分方法和性能影响进行了研究，并未针对多波束进行深入研究。

中国船舶重工集团第723研究所陈建锋的学术论文《基于子阵重叠结构的子阵划分技术研究》一文中，详细介绍了一种大型阵列重叠结构子阵划分方法，该方法提供了窗函数的效果，能够有效抑制由子阵划分引起的过密栅瓣。但该方法子阵划分形式单一，不具备根据环境和探测目标数变化的条件下，灵活改变子阵结构，实现最优探测。

由以上可知，如何实现基于子阵划分的MIMO雷达多波束发射是一个有实际应用价值的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于子阵划分的MIMO雷达多波束发射方向图设计方法。MIMO雷达采用本发明的方向图设计方法，能够根据任务需求灵活变化子阵结构，具备同时多波束探测跟踪能力，具备更低的副瓣电平，且在最大信干噪比准则下，具备稳健的抗干扰能力。