[发明专利]联合阵列天线单元方向图的波束形成方法

权利要求书

1.一种联合阵列天线单元方向图的波束形成方法，具有如下技术特征：针对阵列天线，对阵列天线的各个天线单元进行方向图测试，根据天线测试点方向图，建立该阵列天线方向图数据库；利用天线方向图数据库，采用线性插值、样条插值的内插方式，获得阵列天线在离散化程度更高的方向上响应的精细方向图；对实测天线方向图进行插值获得该阵列天线更细致的方向图，利用该天线方向图对理想阵列天线的导向向量进行修正，修正方法是将内插获得的精细方向图和理想天线导向向量进行哈达玛积Hadamard积，得到修正导向向量，其中哈达玛积Hadamard积代表两个向量对应位置上的元素直接相乘；然后基于修正的导向向量表达式，利用线性约束最小方差LCMV算法得到波束形成权向量，实现波束形成。

2.如权利要求1所述的联合阵列天线单元方向图的波束形成方法，其特征在于：利用天线测试工具对阵列天线各个单元的方向图进行测试，测试中以一定的间隔测试方向图，并记录所有测试角度集合Ω和代表第m个阵元在测试角度θ处的复数响应g_m(θ)的测试结果，得到g(θ)＝[g₁(θ),g₂(θ),…,g_M(θ)]^T，然后，利用线性插值、样条插值对实测方向图复数响应g(θ)进行插值，得到角度离散程度更高的方向图

3.如权利要求2所述的联合阵列天线单元方向图的波束形成方法，其特征在于：根据阵列天线理想结构，得到理想阵列的导向向量表达式：a(θ)＝[a₁(θ),a₂(θ),…,a_M(θ)]^T，计算导向向量a(θ)，测试角度其中，a_m(θ)代表同阵列结构的理想阵列第m个阵元在测试角度θ处的复数响应。

4.如权利要求3所述的联合阵列天线单元方向图的波束形成方法，其特征在于：根据内插天线方向图和理想阵列导向向量a(θ)，计算两者的Hadamard积得到修正的导向向量b(θ)，且b(θ)＝a(θ)⊙g(θ)，其中⊙代表Hadamard积；最后将修正的导向向量运用到波束形成算法中，得到联合天线方向图的波束形成加权向量。

5.如权利要求1所述的联合阵列天线单元方向图的波束形成方法，其特征在于：基于线性约束最小方差LCMV零陷展宽加权方法设计联合天线方向图的波束形成加权向量。

6.如权利要求1所述的联合阵列天线单元方向图的波束形成方法，其特征在于：阵列天线各个阵元在0.8GHz频率上从0°到360°范围内，以1°为间隔对天线阵元馈电幅度和相位进行调整，并测量天线相应的幅度和相位，得到阵元1和阵元2天线方向图的相位响应和幅度响应离散采样，剩余阵元采用同样方法进行测量，得到所有阵元实测方向图复数响应g(θ)，测试角度θ＝0°:1°:360°。

7.如权利要求2所述的联合阵列天线单元方向图的波束形成方法，其特征在于：利用样条插值方法对各个阵元方向图以角度间隔为0.1°进行插值，得到插值的方向图并且θ＝0°:0.1°:360°，以及插值后的阵元1和阵元2的相位响应和幅度响应；根据θ＝0°:0.1°:360°计算得理想导向向量a(θ)的数值，其中计算公式为a(θ)＝[exp(j0),exp(j(1.34×sinθ)),…,exp(j(15×1.34×sinθ))]^T，其中j为虚数单位，其复指数运算法则满足exp(jx)＝cos(x)+j sin(x)，其中cos(x)和sin(x)分别代表实数角度的余弦和正弦函数值，根据插值的方向图和理想导向向量a(θ)计算修正的导向向量b(θ)，b(θ)的计算公式为b(θ)＝a(θ)⊙g(θ)，⊙代表Hadamard积。

8.如权利要求7所述的联合阵列天线单元方向图的波束形成方法，其特征在于：将向量b(θ)、零陷宽度为Δθ的零陷区域所有导向向量构成的自相关矩阵和约束矩阵C＝[b(θ_r1),…,b(θ_rL),b(θ_c1),…,b(θ_cP)]，代入基于线性约束最小方差LCMV的零陷展宽算法公式ω＝Q^-1C(C^HQ^-1C)^-1f中，求得联合阵列天线单元方向图的加权权值，其中，P为零点个数，θ_i第i个零陷中心角度，L为主波束个数，H为共轭转置，θ_r1,…,θ_rL为主波束指向角度，θ_c1,…,θ_cP为零点指向角度，约束向量f＝[1,…,1,0,…,0]^T。