[发明专利]一种空时编码阵列雷达中阵元间时延量的设计方法

说明书

本发明属于阵列雷达信号处理技术领域，具体公开了一种空时编码阵列雷达中阵元间时延量的设计方法，通过建立空时编码阵列发射信号模型，获取远场目标处的发射方向图；通过对发射方向图主瓣范围进行提取，将时延量转化为距离‑角度‑时间三维变量，根据给定的距离和角度位置设置时延量，成为时间的函数；打破了时延量固定的带来的扫描周期性，使得波束在给定位置实现持续照射。

技术领域

本发明涉及阵列雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种空时编码阵列雷达中阵元间时延量的设计方法，可用于目标定位。

背景技术

相控阵雷达的波束具有高增益的性能，但任一时刻只能指向固定的角度，需要不断进行扫描，得以实现空间覆盖范围的扩大。MIMO雷达通过发射正交波形实现全空间覆盖的性能，但由于完全正交波形难以实现，其应用也受到一定的限制。

空时编码阵列是一种较新的阵列体制，其最基本的模型是在均匀等距线阵的基础上，在相邻阵元间引入一个固定的时间延迟。该时间延迟远小于脉冲持续时间，各个阵元通过在不同的时刻发射相同的波形，可实现阵元间发射的信号在时间上正交，从而实现空域的全覆盖。空时编码阵列中时延量的引入使得其发射方向图不仅只和波束指向角度有关，其发射方向图是距离-角度耦合的。相比于MIMO雷达的正交波形设计，空时编码阵列引入的时间延迟在工程上实现更为简单；同时，在接收端也可仅利用单个天线进行等效发射波束形成，增加了发射维的自由度。

利用空时编码阵列的空域全覆盖特性和距离-角度耦合能力可使得波束在空间中不断进行扫描以检测目标，但当探测距离较远时，在距离维可能出现多个峰值，使得对目标的探测能力受到影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种空时编码阵列雷达中阵元间时延量的设计方法，考虑均匀等距线阵的情况下，设计时延量为距离、角度、时间的函数，使得发射波束主瓣在给定区域实现持续照射，而在其余位置仍具有扫描性能，用以实现对目标进行定位。

本发明的技术思路是：空时编码阵列发射线性调频信号，通过对发射方向图主瓣范围进行提取，将时延量转化为距离-角度-时间三维变量，根据给定的距离和角度位置设置时延量，成为时间的函数；打破了固定时延量带来的扫描周期性，使得波束在给定位置实现持续照射。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种空时编码阵列雷达中阵元间时延量的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，设空时编码阵列雷达由M个发射阵元组成，阵元间以半波长为间隔等距分布；M个阵元发射相同波形，各个发射阵元间存在相对时延Δt；雷达发射空时编码基带波形；

步骤2，设存在远场点目标，则远场目标接收空时编码阵列发射合信号，结合空时编码基带波形，得到远场目标处的发射方向图；

步骤3，根据远场目标处的发射方向图的表达式，得到方向图取最大值时需满足的条件，据此得到方向图取最大值时的时延量与目标距离、角度、时间的关系；

步骤4，给定空间任一探测位置的探测距离和探测角度，得到随时间变化的时延量，完成时延量的设计。

进一步地，根据设计的时延量，构建空时编码阵列发射信号，具体步骤为：

首先，根据阵列规模，引入与角度相关的导向矢量：

其中，θ₀表示探测角度，λ表示波长，d表示阵元间距；

则在距离阵列R₀、波束指向θ₀的空时编码阵列发射合信号为：