[发明专利]基于子阵结构的MIMO雷达快速多波束形成方法

说明书

本发明公开了一种基于子阵结构的MIMO雷达快速多波束形成方法，包括：将MIMO雷达阵列均匀的划分为M个子阵单元；将空域范围划分为若干角度区间，并设计每个角度区间对应的子阵发射方向图，以得到空域范围的发射方向图库；从发射方向图库中筛选出与每个目标对应的子阵发射方向图，并将其赋值给该目标对应的子阵单元，进行综合处理后得到全阵列的发射方向图；优化全阵列的发射方向图的初始相位，得到全阵列的发射波形。与现有的设计相比，本发明提供的方法大大降低了发射方向图设计的复杂度，大幅度降低了雷达系统成本和时间成本，且可以根据目标信息的改变动态的分配雷达资源。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种基于子阵结构的MIMO雷达快速多波束形成方法。

背景技术

随着雷达技术的发展，雷达多任务、高信噪比的性能指标使得雷达阵列需要成百上千的阵元来合成发射方向图。而超大规模阵列通常包含上万个阵元，如果采用MIMO(multiple input multiple output，多进多出)体制的话，每个发射阵元需要一个单独的发射通道，成本极高。此外，雷达发射波形优化的复杂度非常高，实时优化难度很大。研究表明，通过采用一定规模的子阵级MIMO方式，不仅可以大幅降低雷达系统成本，还可以显著降低发射波形优化自由度，是一种理想的实现方式。

目前，现有的子阵式多波束方向图合成的发射方向图波束主瓣能量均等，这导致雷达系统的能量分配的效率不高，从而影响雷达对目标的检测或跟踪性能的下降；同时，子阵的划分也可能产生栅瓣和栅零点问题。此外，在干扰场景下，MIMO雷达还需要对目标进行合理的资源分配，以获得最大的资源利用率。

罗涛的论文《基于SDP的发射方向图设计方法与稳健波束形成研究[D].西安电子科技大学，2014》中为了使合成方向图尽量逼近理想方向图，考虑以极小化两者的误差为准则建立数学模型来设计发射方向图。张旭红等人的文献《平面数字阵列雷达的子阵级波束形成算法[J].雷达科学与技术，2018.12》中，提及基于幅度加权的平面阵列下的子阵发射方向图设计的基础上，保证各子阵噪声功率相等，设计的发射方向图接近最优的全阵列干扰抑制性能。Haupt的文献《Optimized weighting of uniform subarrays of unequalsizes[J].IEEE Trasactions on Antennas and Propagation,2007,42(3):92-100》中考虑子阵的加权值设计和阵列结构的GA优化，合成的方向图整体性能较好。Zhang Q等人在文献《Joint beamforming and antenna subarray formation for non-regenerative MIMOrelay networks[J].IEEE Trasactions on Vehicular Technology,2016,65(3):1825-1830》中采用交替算法优化阵列结构和发射波束权值，完成多波束发射方向图设计。虽然上述现有算法具有较好的优化解，但是针对超大规模MIMO雷达阵列而言，其优化难度和计算复杂度依然很大，系统耗时较高，且不能实时在线的设计多波束发射方向图，限制了MIMO雷达的应用场景。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于子阵结构的MIMO雷达快速多波束形成方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于子阵结构的MIMO雷达快速多波束形成方法，包括：

将MIMO雷达阵列均匀的划分为M个子阵单元；

将空域范围划分为若干角度区间，并设计每个所述角度区间对应的子阵发射方向图，以得到所述空域范围的发射方向图库；

从所述发射方向图库中筛选出与每个目标对应的子阵发射方向图，并将其赋值给该目标对应的子阵单元，进行综合处理后得到全阵列的发射方向图；

优化所述全阵列的发射方向图的初始相位，得到全阵列的发射波形。