基於交替投影的相位加權旁瓣抑制方法與流程

2023-09-27 06:37:30

本發明涉及雷達信號處理技術領域，特別涉及基於交替投影的相位加權旁瓣抑制方法。

背景技術：

相控陣雷達是一個發射功率很大的電子設備，它在發現目標的同時，其發射的大功率電磁信號也很容易被對方電子偵察設備發現和截獲，從而招致對方的電子幹擾以及反輻射飛彈的攻擊。因此提高相控陣雷達的隱蔽性，降低被對方電子偵察設備截獲的概率是相控陣雷達在電子對抗過程中爭取主動、免受電子幹擾和摧毀的重要措施。

相控陣雷達各輻射器後面接有數字移相器和幅度衰減器，通過改變移相器相位實現波束掃描，通過設置幅度衰減數值實現低旁瓣，降低旁瓣發射功率，從而提高相控陣雷達低截獲性能。現有旁瓣抑制技術主要採用幅度加權控制方式，通過相控陣雷達的幅度衰減器實現，其主要存在如下缺陷：

1、需要對幅度衰減器進行配置，工程上實現起來較為複雜；

2、影響了輸出功率，降低了雷達主瓣探測威力；

3、由於對輸出功率進行了衰減，導致大量輸出功率轉換為熱量，對系統散熱提出了更高的要求。

技術實現要素：

為克服上述現有技術存在的至少一種缺陷，本發明提供了一種基於交替投影的相位加權旁瓣抑制方法，包括如下步驟：

步驟一，定義線陣的期望方向圖集合如公式(1)所示：

其中θ為方位角，ωs是方向圖的旁瓣角度集合，f(θ)為方向圖函數，mu(θ)是方向圖旁瓣的上界；

根據方向圖旁瓣抑制要求得到往集合的投影算子如公式(2)所示：

步驟二，構建由相位加權形成的線陣方向圖集合如公式(3)所示：

其中是線陣權重矢量，h表示共軛轉置，a(θ)表示角度θ處的線陣導向矢量，t表示轉置，其中是各輻射單元移相器的相位，i＝1,2,…,n，定義線陣相位權重矢量ψ，n是輻射單元移相器的數量；

採用誤差平方和最小的逼近方法求解線陣相位權重矢量ψ，具體方式為：

建立目標函數j(ψ)，如公式(4)所示：

其中ω是角度θ的集合；

定義矩陣定義矢量

定義標量將目標函數j(ψ)變形整理得到公式(5)：

定義矢量定義矩陣將目標函數j(ψ)簡化為公式(6)：

其中tr表示取矩陣的跡，根據公式(6)可知j(ψ)是矩陣w'w'h的線性函數，定義矩陣變量w＝w'w'h，w是秩為1的埃爾米特矩陣，由於w'的前n個元素的幅度都相等，第n+1個元素等於1，矩陣變量w的約束條件為：前n個對角線元素相等，且第n+1個對角線元素等於1；

根據目標函數j(ψ)和所述約束條件得到問題模型，如公式(7)所示：

其中w≥0表示w是半正定埃爾米特矩陣，rank(w)＝1表示w的秩為1，忽略rank(w)＝1約束條件，得到近似優化模型，如公式(8)所示：

該近似優化模型為凸優化模型，計算該近似優化模型的最優解，通過特徵值分解方法獲得線陣相位權重矢量ψ的值；

步驟三，定義上述從方向圖得到對應的線陣相位權重矢量ψ的映射變換為τf:f(θ)-＞ψ，定義線陣相位權重矢量到對應方向圖的映射變換為τc:ψ-＞f(θ)，得到方向圖往集合的投影算子的表達式：

步驟四，採用交替投影的方法對方向圖函數f(θ)進行迭代得到最優低旁瓣方向圖，迭代方程如公式(9)所示：

其中k為迭代次數。

本發明提供的基於交替投影的相位加權旁瓣抑制方法，具有如下有益效果：

1、不需要對幅度衰減器進行配置，易於工程實現；

2、不影響輸出功率，能夠保證雷達主瓣探測威力不下降，且輸出功率不做衰減，對散熱系統不會增加額外負擔；

3、適用於相控陣及全數字陣，且可推廣至二維乃至三維陣列，能較大幅度改善陣列方向圖旁瓣性能，對提高雷達低截獲性能有重要意義。

附圖說明

圖1是本發明得到的陣列天線方向圖仿真結果。

具體實施方式

為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。

需要說明的是：下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本發明實施例中，對一維線性陣列進行了實例分析。假設陣列共n＝80個陣元，陣元為等間距分布，間距為d＝0.015m，信號波長為λ＝0.03m，以第一個陣元作為參考陣元，則第i個陣元的坐標為xi＝(i-1)d，i＝1,…,n。

參數初始化：

設置w0＝[1,1,...t,，1]a(θ)＝[1,ej2πdsinθ/λ,...,ej2(n-1)πdsinθ/λ]t,方位角θ的採樣間隔為0.2o，根據計算方向圖初始值。

將方向圖投影到集合

計算主瓣最大值mp，並用mp對方向圖進行歸一化，並計算其中主瓣為雷法發射電磁波的能量最集中的地方，根據投影算子計算投影后的方向圖

ωs是方向圖的旁瓣角度集合，mu(θ)是方向圖旁瓣的上界，其中旁瓣是除主瓣以外的地方，。

將方向圖加權投影到集合

計算ω是角度θ的集合，計算得到

通過求解下式並對最優解w進行特徵分解，得到映射關係τf:f(θ)-＞ψ；

通過式得到映射關係τc:ψ-＞f(θ)，於是得到往集合的投影算子根據投影算子計算投影后的方向圖

終止條件判斷：

檢查終止條件k＞250是否滿足，如滿足則算法停止迭代，根據迭代仿真結果，計算陣列天線方向圖，不滿足則設置k＝k+1，並返回「將方向圖投影到集合」步驟繼續迭代。

陣列天線方向圖如圖1所示，可看出本發明方法可以有效地降低陣列天線方向圖旁瓣，旁瓣電平已低於-20db。

以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。