一种应用于稀疏布阵宽带相控阵的栅瓣解模糊方法

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一种应用于稀疏布阵宽带相控阵的栅瓣解模糊方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及雷达领域，尤其是一种栅瓣解模糊方法。\n背景技术\n[0002] 相控阵体制雷达具有波束位置和形状捷变能力，可有效实现空域的快速、灵活探测以及多目标的跟踪；相控阵体制分为无源、有源和数字相控阵3个阶段：无源相控阵雷达的特点是采用电真空管中央发射机，具有快速搜索速率和自适应捷变扫描能力；有源相控阵雷达的特点是采用固态组件，具有较高灵敏度、高可靠性高探测性能；数字相控阵雷达的特点是采用数字波束形成技术，具有快速的广域扫描速率、高灵敏度更好的杂波对消、操作灵活性(多路同时波束，波束多路传输)、更好的标校方式。但采用相控阵体制意味着将采用多有源通道设计，将带来巨大的成本问题，为实现相控阵体制的低成本设计，兼顾系统性能和成本，采用稀疏化阵面部署方式不失为一种有效手段，但又会带来栅瓣和扫描范围受限等问题，亟需解决栅瓣带来的模糊问题。\n[0003] 零八一电子集团有限公司所提交的名为《抑制大间距相控阵天线栅瓣的布阵方法》(专利号为：201410175635.5)所涉及的栅瓣抑制方法主要结合阵列稀疏化原理与子阵级非周期结构原理构造出一个单元间距大于一个波长的阵列，以较少的天线单元达到增益、分辨率、栅瓣抑制等技术指标和要求，但该方法要求具有一定数量的天线单元，并且要符合子阵级非周期结构的设计要求，增加了设计的难度，并且适用性受限。\n[0004] 哈尔滨工程大学所提交的名为《一种稀疏阵列宽带波束形成的栅瓣抑制方法》(专利号为：201510616319.1)所涉及的栅瓣抑制方法主要利用频域宽带波束形成处理得到空间谱输出矩阵P和栅瓣角预测，并根据栅瓣角预测的结果和栅瓣范围计算栅瓣抑制权系数矩阵，再利用空间谱输出矩阵P和栅瓣抑制权系数矩阵对栅瓣进行抑制，该方法的主要缺陷在于计算量庞大，涉及到多通道数据的FFT、IFFT等复杂运算。\n[0005] 中国电子科技集团公司第二十七研究所所提交的名为《一种解决栅瓣干扰问题的数字波束形成方法》(专利号为：201611244720.8)所涉及的栅瓣抑制方法主要通过在数字波束形成处理板上的DSP中完成对栅瓣干扰信号的阻塞处理和权重矢量的计算，产生权重矢量，数字波束形成过程进行加权处理形成最终的接收波束，自适应的抑制栅瓣干扰，该方法的主要缺陷在于计算量庞大，涉及到多通道数据的FFT、IFFT等复杂运算。\n[0006] 苏州桑泰海洋仪器研发有限责任公司所提交的名为《适用于一般等间距稀疏阵列单频信号波束形成的栅瓣判别方法》(专利号为：201810611654.6)依据等间距线列阵不同方向波束形成主栅瓣角差值不同的原理，采用船体转动的方法进行栅瓣的判别，不需要对阵列形式进行设计，该方法适用范围有限，依赖于船体转动。\n[0007] 目前，现有的栅瓣抑制方法均存在一定的局限性，需要对稀疏布阵的有源相控阵雷达的栅瓣抑制方法进行研究，以实现有源相控阵雷达低成本设计。\n发明内容\n[0008] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种应用于稀疏布阵宽带相控阵的栅瓣解模糊方法。主要针对有源相控阵雷达低成本设计。\n[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案的详细步骤如下：\n[0010] 步骤1：稀疏布阵宽带相控阵在工作带宽范围内，将工作带宽的频率等分为N份，频率依次为F1至FN，其中相对带宽＝(工作带宽最高频率‑工作带宽最低频率)/(工作带宽最高频率+工作带宽最低频率)，且相对带宽＞5％，N份频率的间隔为B，B大于十分之一工作带宽，即N＝(工作带宽最高频率‑工作带宽最低频率)/B，稀疏布阵宽带相控阵发射频率为F1的发射信号，接收回波，若此时经雷达常规目标检测算法计算出的回波信号高于检测门限，则判定存在目标，由于栅瓣的存在，不能确定目标位置，此时目标可能出现的位置为发射波束指向位置或栅瓣存在位置；\n[0011] 步骤2：切换稀疏布阵宽带相控阵发射频率依次为F2—FN，依次接收回波，回波此时若无目标，则目标存在于原栅瓣位置；存在目标，则目标存在于原接收信号位置；\n[0012] 由于天线栅瓣位置随着发射信号波长变化，发射波束位置则由相控阵布相决定，若改变雷达发射频率，栅瓣位置将随频率发生变化，而发射波束位置由布相码控制，保持原先指向位置不变。\n[0013] 本发明的有益效果在于针对有源相控阵雷达低成本设计，利用了下述客观规律：\n稀疏布阵条件下的宽带相控阵的栅瓣位置随频率变化而变化，且与频率对应的波长存在固定的变化规律，目标位置与频率变化无相关性，本发明具备以下优势：1)本栅瓣判别的计算过程与普通雷达搜索跟踪方法相同，并不增加额外运算量，故存在方法简单、实用，且运算量小，系统简单的特点；2)宽带雷达系统跳频，具备低截获、抗干扰能力强的特征；3)宽带雷达系统跳频可以获得抗多径、低角性能好的优势。\n附图说明\n[0014] 图1是本发明应用于稀疏布阵宽带相控阵的栅瓣解模糊方法原理示意图。\n具体实施方式\n[0015] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。\n[0016] 一种应用于稀疏布阵宽带相控阵的栅瓣解模糊方法的步骤为：\n[0017] 步骤1：稀疏布阵宽带相控阵在工作带宽范围内，将工作带宽的频率等分为N份，频率依次为F1至FN，其中相对带宽＝(工作带宽最高频率‑工作带宽最低频率)/(工作带宽最高频率+工作带宽最低频率)，且相对带宽＞5％，N份频率的间隔为B，B大于十分之一工作带宽，即N＝(工作带宽最高频率‑工作带宽最低频率)/B，稀疏布阵宽带相控阵发射频率为F1的发射信号，接收回波，若此时经雷达常规目标检测算法计算出的回波信号高于检测门限，则判定存在目标，由于栅瓣的存在，不能确定目标位置，此时目标可能出现的位置为发射波束指向位置或栅瓣存在位置；\n[0018] 步骤2：切换稀疏布阵宽带相控阵发射频率依次为F2—FN，依次接收回波，回波此时若无目标，则目标存在于原栅瓣位置；存在目标，则目标存在于原接收信号位置；\n[0019] 由于天线栅瓣位置随着发射信号波长变化，发射波束位置则由相控阵布相决定，若改变雷达发射频率，栅瓣位置将随频率发生变化，而发射波束位置由布相码控制，保持原先指向位置不变。\n[0020] 栅瓣位置为 其中，m为栅瓣个数，λ为信号波长，d为单\n元(或子阵)间距，α为波束指向角，栅瓣位置与频率相关，且不同频率下，栅瓣位置不同。\n[0021] 波束指向为 时的布相值为 其中\n分别为方位、俯仰波束指向，dx、dy分别为方位、俯仰单元(或子阵)的单元间距， 为单元(或子阵)的初相值；\n[0022] 本发明主要针对有源相控阵雷达低成本设计。该方法主要利用了下述客观规律：\n稀疏布阵条件下的宽带相控阵的栅瓣位置随频率变化而变化，且与频率对应的波长存在固定的变化规律，目标位置与频率变化无相关性，该方法具备以下优势：1)本栅瓣判别的计算过程与普通雷达搜索跟踪方法相同，并不增加额外运算量，故存在方法简单、实用，且运算量小，系统简单的特点；2)宽带雷达系统跳频，具备低截获、抗干扰能力强的特征；3)宽带雷达系统跳频可以获得抗多径、低角性能好的优势。