[发明专利]一种基于阵列单元位置修正的鲁棒性波束赋形方法

说明书

本发明公开了一种基于阵列单元位置修正的鲁棒性波束赋形方法，属于阵列天线的波束赋形技术领域。为了有效解决由于阵列单元位置偏差引起的副瓣恶化的技术问题，本发明通过对位置偏差的高阶泰勒描述，设置阵列单元位置的估计优化模型，并通过本发明的迭代运算处理，修正阵列位置，从而为阵列天线，特别是大型阵列天线的波束赋形应用，提供较好的阵列位置估计信息，有利于合成低副瓣阵列波束。

技术领域

本发明属于阵列天线的波束赋形技术领域，具体涉及一种基于阵列单元位置修正的鲁棒性波束赋形方法。

背景技术

波束赋形是一种基于阵列天线的信号预处理技术，波束赋形通过调整阵列天线中每个阵列单元的复加权系数（也称激励）产生具有指向性的波束，从而能够获得明显的阵列增益。即，为了基于所需的辐射波形进行信号的收发处理，首先通过波束赋形处理对阵列天线的每个阵列单元的复加权系数（包括幅度和相位）进行优化设置以获得想要的辐射波形，实现对各阵列单元的复加权系数的配置，再基于配置后的阵列天线进行信号的发射或接收。波束赋形技术在扩大覆盖范围、改善边缘吞吐量以及干扰抑止等方面都有很大的优势。

在利用阵列天线进行波束赋形的过程中，现有方法大都假定阵列单元的位置是精确且已知的。但是在实际工程中，特别是大型阵列的应用中，由于加工误差、形变以及单元共形等因素的影响，阵列单元的实际位置往往与预期的位置不一致，即存在着一定的位置误差。当阵列位置误差较大时，如果不考虑阵列单元的实际位置变化，合成的波束性能将急剧下降，即合成波束的副瓣电平将被极大地抬升，甚至会恶化超过10dB。

以具有N个单元的线阵列为例，假设阵列单元的理想（期望）位置为且其对应的真实位置为，则阵列天线的远场辐射可以描述为：

其中，和分别为第n 个阵列单元的复加权系数、真实阵列因子以及远场方向图，且，是电磁波波长，是第n个阵列单元偏离其理想位置的距离（即阵列单元位置偏移），表示虚数单位，表示主瓣方向，即信号入射角。即基于上述表达式所得到的是阵列天线的真实合成远场辐射。

对的表达式进行向量化处理，可以得到：

其中，阵列复加权系数，，真实阵列因子向量，阵列天线远场方向图，上标“H”表示向量的厄尔米特转置，符号“”表示点乘，即哈达玛积（Hadamard Product）。

为了获得低副瓣笔形波束，需要求解如下波束优化模型：

其中，和分别表示主瓣区域和副瓣区域，是待优化的阵列副瓣电平。即将上述波束优化模型的求解得到的阵列复加权系数作为最优的阵列复加权系数以配置阵列天线的各阵元在信号发射或接收时的复加权系数。

而在现有方法中，在求解上述优化问题时，通常假定，即精确知道阵列单元的具体位置，再求解该优化问题，来获得具有最低副瓣的笔形波束。

本发明的发明人在实现本发明的技术方案时发现，针对存在较大阵列位置偏差的应用场景，需要首先对阵列单元的实际位置进行修正，然后再进行波束赋形，才能够得到较好的赋形结果。

发明内容

本发明的发明目的在于：为了有效解决由于阵列单元位置偏差引起的副瓣恶化的技术问题，本发明公开了一种基于阵列单元位置修正的鲁棒性波束赋形方法，从而为阵列天线，特别是大型阵列天线的波束赋形应用，提供较好的阵列位置估计信息，有利于合成低副瓣阵列波束。

本发明的基于阵列单元位置修正的鲁棒性波束赋形方法，包括下列步骤：

步骤1：随机初始化阵列天线位置偏移，其中,表示阵列天线的阵列单元数，上标“T”表示向量转置；

步骤2：根据当前的阵列天线位置偏移，计算参量以及；

其中，，参量的各元素为：，