[发明专利]降低相控阵系统阵元激活算法复杂度的方法

说明书

本发明提出的一种降低相控阵系统阵元激活算法复杂度的方法，旨在一种能够减少计算量，能显著降低计算复杂度的方法。本发明通过下述技术方案予以实现：首先将每M个相邻阵元划分为一个子阵，在子阵划分基础上，根据阵元的总数N划分为N/M个子阵，并构建激活计算模块；然后离线计算出每个子阵指向的方向矢量与子阵内所有阵元指向的最大夹角，并存储在激活计算模块的存储单元中；计算激活区域时，针对每个目标波束，激活计算模块从存储单元中读取出每个子阵指向的方向矢量，然后依次计算每个子阵与天线波束指向目标的夹角，当某些子阵无法判断是否激活时，再计算这些子阵内的阵元与天线波束指向目标的夹角。

技术领域

本发明涉及阵列信号处理技术领域，降低相控阵系统阵元激活算法复杂度的方法，尤其是适用于大型共形相控阵系统中降低计算复杂度的天线阵元激活方法。

背景技术

阵列信号处理是信号处理领域的一个重要分支，具有广泛的应用。随着技术的发展，共形相控阵利用阵列信号处理技术，可以实现多波束、全空域的目标搜索、跟踪。相比较于传统的相控阵技术，共形相控阵由于阵元数目多、硬件复杂，因此极大的提高了计算复杂度，对阵列信号处理算法提出了更高的要求。阵列具有最大响应的方向被称为波束指向方向，即在这一方向阵列具有最大增益。对一个线性阵列，当信号在增益与相位上不做改变就进行合并时的波束指向面为阵列的宽面，并垂直于阵元的连线。阵列方向图在波束指向方向上的任一侧都将衰减到零值，即在该位置阵列响应为零，通常称为零陷。在波束指向方向上的两侧零陷间的方向图被称为主瓣。主瓣两个功率点间的宽度称为半功率波束宽度。所谓“相控阵”即通过相位控制实现波束扫描的阵列，其相位值可以通过计算机灵活改变。正是由于它的这种灵活性，使得相控阵雷达能够利用同一天线口径形成多个独立的发射波束和接收波束，且能根据实际情况的需求确定雷达的最佳工作方式，以获得满足各种要求的复杂波束。对于大型的相控阵雷达，通常包含数以百计甚至上千的天线阵元。为解决大型相控阵雷达阵元级波束形成技术面临的硬件系统复杂、实时性低等问题，一般采用子阵级波束形成技术来处理。但子阵级处理往往会破坏静态方向图的性能。在信号处理过程中，如果采用阵元级数字波束形成方式，则其运算量是非常庞大的，且其对应的硬件系统很复杂，成本也相对较高。如果采用传统稀疏阵列算法，如遗传算法、模拟退火算法等，具有随机性，需要很长的时间才能得到结果，对于大型阵列这些算法很难实现。

相控阵系统阵面天线的波束指向由波束控制系统来执行，它主要通过对阵面各单元相位和增益的控制实现波束空间指向的变化。其中各单元相位变化对确定的阵列天线而言主要取决于天线波束指向角的变化。波束控制计算机根据波束指向要求对阵面各单元点的相位、幅度进行统一运算后将相位、幅度等数据分别传输至阵面各点，当相控阵面单元较多时，其计算量大，运算时间影响了波束扫描的速度。同时，随着相控阵面规模的增大，波束控制系统也越来越复杂，此时常规集中计算方法对数字信号处理器产生巨大压力，严重影响了波束控制的响应时间。由于现代相控阵电子系统对波束控制的速度要求越来越高，因此对系统的波束运算、数据传输等要求也相应提高。考虑到共形相控阵具有遮挡效应，即对于某个指向的目标，有些阵元对于该目标是可见的，有些阵元是不可见的。因此，对于某个指向的目标，并不是所有阵元都能接收到该目标的信号。在形成波束时，不可见的阵元或边缘的阵元贡献很小，传统的方法是依次计算每个阵元与目标的夹角。对于大型共形相控阵系统，由于阵元数目庞大，目标波束数目多，一般采用阵元激活的方式，来确定哪些阵元参与到波束合成，不激活的阵元不参与波束合成。传统的阵元激活的策略是依次判断每个阵元与目标的夹角，若夹角小于激活角度，则该阵元为激活阵元，否则为不激活阵元。采用传统的激活判断方法，存在计算量大的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有大型共形相控阵系统阵元激活存在的不足之处，提供一种能够减少计算量，计算速度快，收敛快，性能良好，并能显著降低相控阵系统阵元激活算法复杂度的方法。