[发明专利]基于频率分集的阵列天线的波束控制方法、系统及控制器

说明书

本申请提供改进的基于频率分集的阵列天线的波束控制方法，该方法包括：由包括第一子阵和第二子阵的接收阵列接收来自发射端的信号，第一子阵包括M个均匀设置的阵元、第二子阵包括N个均匀设置的阵元，M和N为互质整数，且M≥0，N≥0；接收阵列中的每一个阵元中所接收的信号被输入到已构建的模型中，经由模型处理后输出协方差矩阵，模型与接收信号矢量、导向矢量、目标散射功率有关；在接收端构造虚拟阵列，虚拟阵列中的虚拟阵元是根据该协方差矩阵计算得到的二阶统计量；以及从从所述虚拟阵列的频率集中为每个所述虚拟阵元随机选择频率形成波束图。本申请的方案可实现距离‑角度解耦与波束聚焦。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，更为具体地，涉及基于频率分集的阵列天线的波束控制方法。

背景技术

频率分集阵列(Frequency Diverse Array,FDA)自从Antonil等人于2006年提出以来，一直是雷达领域研究的热点。与传统的相控阵天线不同，频率分集阵列(FDA)在每个阵元上引入了载频差，从而提供距离角度相关的波束方向图,这使得FDA具有抗距离依赖性等相控阵所没有的优点。然而，频率均匀增加的线性FDA在远场波束图的情况下存在角度-距离耦合的问题，这使得阵列能量在空间中呈S形分布，导致定位模糊。

目前为止，人们已提出了许多非线性增加的频率偏移方案来获得空间聚焦波束图。例如，刘一民提出了一种随机频率分集阵列（RFDA）的方法，其分析了波束图的解析表达式。根据该方法，在均匀线阵中随机分配各阵元的载波频偏，从而实现角度与距离解耦的波束模式。然而，这种随机频率偏移法需要不停地改变每个发射单元的载波频率，对射频硬件的要求非常高，增加了工程实现的难度。

因此，有必要提出改进的频率分集阵列方案。

发明内容

有鉴于此，本申请提供改进的基于频率分集的阵列天线的波束控制方法。根据本申请的一个方面，所提供的基于频率分集阵列天线的波束控制方法包括：由包括第一子阵和第二子阵的接收阵列接收来自发射端的信号，其中，所述第一子阵包括M个均匀布置的阵元、所述第二子阵包括N个均匀布置的阵元，所述M和所述N为互质整数，且M≥0，N≥0；所述接收阵列中的每一个所述阵元中所接收的信号被输入到已构建的模型中，经由所述模型处理后输出协方差矩阵，其中，所述模型与接收信号矢量、导向矢量、目标散射功率有关；在接收端构造虚拟阵列，所述虚拟阵列中的虚拟阵元是根据所述接收阵列所述协方差矩阵计算得到的二阶统计量；以及从所述虚拟阵列的频率集中为每个所述虚拟阵元随机选择频率形成波束图，其中，所述频率集中的所述频率是参考频率与A倍单位频偏的和，其中所述A选自第一数组和第二数组的差集，所述第一数组包括E个元素，所述第二数组包括F个元素，所述E和所述F为互质整数，且E≥0，F≥0。

在一些基于频率分集的阵列天线的波束控制方法的示例中，在包括Q个不相关的所述远场点目标且第q个所述远场点目标位于二维极坐标系的情况下，所述模型为：

其中，q为整数且1≤q≤Q，R_x为该模型输出的所述协方差矩阵，x(t)表示接收信号矢量，A_p,f表示导向矢量的矩阵，R_d表示目标散射功率，表示高斯噪声的功率，表示M+N-1维的单位矩阵；

其中，n(t)为高斯白噪声，并且：