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CN105301568B - 通过fda雷达产生点状波束的方法、装置及fda雷达 - Google Patents

通过fda雷达产生点状波束的方法、装置及fda雷达 Download PDF

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Abstract

本发明公开了通过FDA雷达产生点状波束的方法、装置及FDA雷达，该FDA雷达包含多个排列在一条直线上的阵元，该方法包括：设定步骤；第一频率增量计算步骤；第二频率增量计算步骤；载波频率计算步骤以及发射信号叠加步骤。

Description

通过FDA雷达产生点状波束的方法、装置及FDA雷达
技术领域
本发明涉及FDA雷达技术领域，尤其涉及通过FDA雷达产生点状波束的方法、装置及FDA雷达。
背景技术
频率分级阵列雷达(FDA，Frequency Diverse Radar)在同一时间对不同阵元上的发射信号施加了不同的频率差，即：每个阵元发射出去的信号的中心频率不相同。这些发射出去的信号在空间上相互叠加，会使FDA雷达波束在空间上呈现出某些距离角度位置上加强，其他距离角度位置上减弱的特性。
FDA雷达的阵元的排列方式可以是将多个阵元排列在一条直线上，即：以线阵方式排列。
现有的FDA雷达线阵在产生发射信号时，将位于一端的第一个阵元的发射信号频率设定为基准频率f0，从该阵元依次向右或向左的第n个阵元的发射信号频率为f0+n·Δf，Δf表示频率差，Δf通常远小于f0。由此得到的FDA雷达的发射信号波束图如图1所示，从图1可以看出，现有的FDA雷达发射信号波束加强的位置呈带状，这种样式的发射信号波束决定了FDA雷达在判定目标的距离和角度时会出现相互依赖性，即：如果不知道距离大小就无法估计出角度的大小，同样，不知道角度的大小也无法估计出距离的大小。因此，现有的FDA雷达还需要附加一套专门的方法来解决距离和角度的相互依赖性问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过FDA雷达产生点状波束的方法、装置及FDA雷达，以解决现有技术中存在的上述距离和角度相互依赖的问题。
本发明的一个实施例提供了一种通过FDA雷达产生点状波束的方法，FDA雷达包含多个排列在一条直线上的阵元，该方法包括：设定步骤：设定基准频率、基本频率增量和单个阵元的载波个数，载波个数不少于两个；第一频率增量计算步骤：根据基本频率增量和每一个阵元到中央阵元的距离，以对数递增的方式计算从中央阵元往左的每一个阵元的第一频率增量，并以对数递增的方式计算从中央阵元往右的每一个阵元的第一频率增量；第二频率增量计算步骤：根据基本频率增量和单个阵元的载波个数，以对数递增的方式计算同一个阵元的多个载波的第二频率增量；载波频率计算步骤：将基准频率、第一频率增量和第二频率增量相叠加得到每个阵元的多个载波频率；以及发射信号叠加步骤：根据多个载波频率在相应的阵元上产生发射信号并叠加后产生点状波束。
本发明的另一个实施例提供了一种通过FDA雷达产生点状波束的装置，FDA雷达包含多个排列在一条直线上的阵元，该装置包括：设定模块，用于设定基准频率、基本频率增量和单个阵元的载波个数，载波个数不少于两个；第一频率增量计算模块，用于根据基本频率增量和每一个阵元到中央阵元的距离，以对数递增的方式计算从中央阵元往左的每一个阵元的第一频率增量，并以对数递增的方式计算从中央阵元往右的每一个阵元的第一频率增量；第二频率增量计算模块，用于根据基本频率增量和单个阵元的载波个数，以对数递增的方式计算同一个阵元的多个载波的第二频率增量；载波频率计算模块，用于将基准频率、第一频率增量和第二频率增量相叠加得到每个阵元的多个载波频率；以及发射信号叠加模块，用于根据多个载波频率在相应的阵元上产生发射信号并叠加后产生点状波束。
本法明的又一个实施例提供了一种FDA雷达，包含多个排列在一条直线上的阵元，阵元的发射信号有多个载波频率，每个载波频率由第一频率增量、第二频率增量和预先设定的基准频率相叠加得到；其中，第一频率增量根据每一个阵元到中央阵元的距离和预先设定的基本频率增量，从中央阵元往左对数递增并从中央阵元往右对数递增；第二频率增量根据载波频率的个数和预先设定的基本频率增量，随着载波编号增加而对数递增。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。其中在附图中，参考数字之后的字母标记指示多个相同的部件，当泛指这些部件时，将省略其最后的字母标记。在附图中：
图1为现有的FDA雷达产生的发射波束示意图；
图2为本发明的通过FDA雷达产生点状波束的方法的一个实施例的流程图；
图3为本发明的通过FDA雷达产生点状波束的装置一个实施例的示意性框图；
图4为本发明的FDA雷达的一个实施例的示意图；
图5为本发明的FDA雷达的另一个实施例的示意图；
图6为本发明技术方案产生的FDA雷达发射信号波束图。
在附图中，使用相同或类似的标号来指代相同或类似的元素。
具体实施方式
现在将参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
通常，FDA雷达可以包含有多个排列在一条直线上的阵元，阵元之间的间距可以相等。
参考图2，图2为本发明的通过FDA雷达产生点状波束的方法的一个实施例200的流程图。图2所示的实施例200可以包含如下步骤201至205。
步骤201是设定步骤：设定基准频率、基本频率增量和单个阵元的载波个数，载波个数不少于两个。
通常，基准频率f0可以远大于基本频率增量Δf。例如，如果将基准频率设置为f0＝10GHz，则可以将基本频率增量设置为Δf＝2kHz。单个阵元上的载波个数越多，则点波束的旁瓣级(主瓣能量与旁瓣能量的差值)越大，但是，过多的载波个数会增加系统的复杂性。因此，载波个数的选取需要兼顾这两方面的因素。在本发明的一个实施例中，载波个数可以为8。
步骤202是第一频率增量计算步骤：根据基本频率增量和每一个阵元到中央阵元的距离，以对数递增的方式计算从中央阵元往左的每一个阵元的第一频率增量，并以对数递增的方式计算从中央阵元往右的每一个阵元的第一频率增量。
对于线阵而言，中央阵元指的是处于中间位置的阵元。当阵元的总数有奇数个(2N+1个)时，中央阵元可以是从任意一端往中间数的第N+1个阵元；当阵元的总数有偶数个(2N个)时，中央阵元可以是从任意一端往中间数的第N个和第N+1个阵元。
在本发明的一个实施例中，可以根据每一个阵元到中央阵元的距离的对数值与基本频率增量的乘积得到第一频率增量。比如，以阵元总数是奇数的情况为例，可以通过如下公式(1)计算出到中央阵元的距离为i的阵元的第一频率增量。
Δfi＝Δf log(|i|+1) (1)
这里所说的距离，可以是某个阵元与中央阵元之间的间隔数，比如：从中央阵元往右，每个阵元与中央阵元之间的距离i依次可以是1、2、3、4等；从中央阵元往左，每个阵元与中央阵元之间的距离i依次可以是-1、-2、-3、-4等。而中央阵元自身的距离i＝0。
步骤203是第二频率增量计算步骤：根据基本频率增量和单个阵元的载波个数，以对数递增的方式计算同一个阵元的第二频率增量。
在本发明的一个实施例中，可以根据载波编号的对数值与基本频率增量的乘积得到第二频率增量。这里所说的载波编号，指的是如果步骤201中设定的载波个数为M+1个，则这M+1个载波可以从0到M依次编号。也就是说，每一个阵元上的多个载波都可以从0到M依次编号。因此，可以通过如下公式(2)计算出第二频率增量。
Δfj＝Δf log(j+1) (2)
其中，j表示载波编号，其取值范围可以是从0到M。
步骤204是载波频率计算步骤：将基准频率、第一频率增量和第二频率增量相叠加得到每个阵元的多个载波频率。
在本发明的一个实施例中，与中央阵元的距离为i的阵元的第j个载波频率fi,j可以通过如下公式(3)得到。
fi,j＝f0+Δfi+Δfj (3)
步骤205是发射信号叠加步骤：根据多个载波频率在相应的阵元上产生发射信号并叠加后产生点状波束。
也就是说，每一个阵元上产生的发射信号都是多频信号，其多个载波频率值来自步骤204的计算结果。
在本发明的一个实施例中，还可以对多频信号中的各个载波的加权值进行优化选取，以得到更好的点状波束图。具体来说，可以采用凸优化的方法搜索一组加权值，使得FDA雷达的发射波束在目标区域的信号强度一定的情况下，在非目标区域的信号强度最低。
至此描述了根据本发明实施例的通过FDA雷达产生点状波束的方法。参考图6并对比图1可以看出，根据本发明方法产生的FDA雷达发射信号波束呈点状，其能量可以被聚焦于期望的目标位置，能够克服现有方法产生的雷达发射波束的距离角度相互依赖的问题。
与该方法类似，本发明还提供了相应的通过FDA雷达产生点状波束的装置。
图3所示为本发明的通过FDA雷达产生点状波束的装置一个实施例300的示意性框图。FDA雷达可以包含多个排列在一条直线上的阵元，这些阵元之间的间距可以相等。
如图3所示，装置300可以包括：设定模块，用于设定基准频率、基本频率增量和单个阵元的载波个数，载波个数不少于两个；第一频率增量计算模块，用于根据基本频率增量和每一个阵元到中央阵元的距离，以对数递增的方式计算从中央阵元往左的每一个阵元的第一频率增量，并以对数递增的方式计算从中央阵元往右的每一个阵元的第一频率增量；第二频率增量计算模块，用于根据基本频率增量和单个阵元的载波个数，以对数递增的方式计算同一个阵元的多个载波的第二频率增量；载波频率计算模块，用于将基准频率、第一频率增量和第二频率增量相叠加得到每个阵元的多个载波频率；以及发射信号叠加模块，用于根据多个载波频率在相应的阵元上产生发射信号并叠加后产生点状波束。
在本发明的一个实施例中，第一频率增量计算模块可以进一步包括：用于根据距离的对数值与基本频率增量的乘积得到第一频率增量的模块。
在本发明的一个实施例中，第二频率增量计算模块可以进一步包括：用于根据载波编号的对数值与基本频率增量的乘积得到第二频率增量的模块。
至此描述了根据本发明实施例的通过FDA雷达产生点状波束的装置。参考图6并对比图1可以看出，根据本发明装置产生的FDA雷达发射信号波束呈点状，其能量可以被聚焦于期望的目标位置，能够克服现有装置产生的雷达发射波束的距离角度相互依赖的问题。
本发明还提供了一种FDA雷达。
参考图4，图4为本发明的FDA雷达的一个实施例400的示意图。在图4所示的实施例中，FDA雷达400可以包含奇数个排列在一条直线上的阵元，这些阵元之间的间距可以相等。
FDA雷达400的每个阵元的发射信号可以有多个载波频率，每个载波频率由第一频率增量、第二频率增量和预先设定的基准频率相叠加得到。
其中，第一频率增量可以根据每一个阵元到中央阵元A0的距离和预先设定的基本频率增量，从中央阵元往左对数递增并从中央阵元往右对数递增。第二频率增量可以根据载波频率的个数和预先设定的基本频率增量，随着载波编号增加而对数递增。
在本发明的一个实施例中，第一频率增量可以等于每一个阵元到中央阵元的距离的对数值与基本频率增量的乘积。
在本发明的一个实施例中，第二频率增量可以等于载波编号的对数值与基本频率增量的乘积。
在本发明的一个实施例中，与中央阵元的距离为i的阵元的第j个载波频率fi,j可以通过上述的公式(1)到(3)计算得到。对于中央阵元A0自身的多个载波频率的计算，也可以应用上述的公式(1)到(3)，只不过可以把其中的距离i设为0。
参考图5，图5为本发明的FDA雷达的另一个实施例500的示意图。在图5所示的实施例中，FDA雷达500可以包含偶数个排列在一条直线上的阵元，这些阵元之间的间距可以相等。
在这些阵元中，位于正中间位置的两个阵元A1和A-1可以被视为中央阵元。
FDA雷达500的每个阵元的发射信号可以有多个载波频率，每个载波频率由第一频率增量、第二频率增量和预先设定的基准频率相叠加得到。
其中，第一频率增量可以根据每一个阵元到中央阵元的距离和预先设定的基本频率增量，从中央阵元A-1往左对数递增并从中央阵元A1往右对数递增。第二频率增量可以根据载波频率的个数和预先设定的基本频率增量，随着载波编号增加而对数递增。
在本发明的一个实施例中，第一频率增量可以等于每一个阵元到中央阵元的距离的对数值与基本频率增量的乘积。
在本发明的一个实施例中，第二频率增量可以等于载波编号的对数值与基本频率增量的乘积。
在本发明的一个实施例中，与中央阵元的距离为i的阵元的第j个载波频率fi,j可以通过上述的公式(1)到(3)计算得到。对于中央阵元A1和A-1的多个载波频率的计算，也可以应用上述的公式(1)到(3)，只不过可以把其中的距离i设为1。
至此描述了根据本发明实施例的FDA雷达。
参考图6并对比图1可以看出，本发明的FDA雷达能够产生具有良好的点型波束图形的发射信号，与现有的信号波束相比具有更好的定点扫描特性，因此能够去除距离角度依赖性，提高定位的估计精度。

Claims (6)

1.一种通过FDA雷达产生点状波束的方法，所述FDA雷达包含多个排列在一条直线上的阵元，其特征是，所述方法包括：
设定步骤：设定基准频率、基本频率增量和单个阵元的载波个数，所述载波个数不少于两个；
第一频率增量计算步骤：根据所述基本频率增量和每一个阵元到中央阵元的距离，以对数递增的方式计算从中央阵元往左的每一个阵元的第一频率增量，并以对数递增的方式计算从中央阵元往右的每一个阵元的第一频率增量；
第二频率增量计算步骤：根据所述基本频率增量和单个阵元的载波个数，以对数递增的方式计算同一个阵元的多个载波的第二频率增量；
载波频率计算步骤：将所述基准频率、所述第一频率增量和所述第二频率增量相叠加得到每个阵元的多个载波频率；以及
发射信号叠加步骤：根据所述多个载波频率在相应的阵元上产生发射信号并叠加后产生所述点状波束；
其中，所述第二频率增量计算步骤进一步包括：
根据载波编号的对数值与基本频率增量的乘积得到所述第二频率增量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述第一频率增量计算步骤进一步包括：
根据所述距离的对数值与基本频率增量的乘积得到所述第一频率增量。
3.一种通过FDA雷达产生点状波束的装置，所述FDA雷达包含多个排列在一条直线上的阵元，其特征是，所述装置包括：
设定模块，用于设定基准频率、基本频率增量和单个阵元的载波个数，所述载波个数不少于两个；
第一频率增量计算模块，用于根据所述基本频率增量和每一个阵元到中央阵元的距离，以对数递增的方式计算从中央阵元往左的每一个阵元的第一频率增量，并以对数递增的方式计算从中央阵元往右的每一个阵元的第一频率增量；
第二频率增量计算模块，用于根据所述基本频率增量和单个阵元的载波个数，以对数递增的方式计算同一个阵元的多个载波的第二频率增量；
载波频率计算模块，用于将所述基准频率、所述第一频率增量和所述第二频率增量相叠加得到每个阵元的多个载波频率；以及
发射信号叠加模块，用于根据所述多个载波频率在相应的阵元上产生发射信号并叠加后产生所述点状波束；
其中，所述第二频率增量计算模块进一步包括用于根据载波编号的对数值与基本频率增量的乘积得到所述第二频率增量的模块。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征是，所述第一频率增量计算模块进一步包括：
用于根据所述距离的对数值与基本频率增量的乘积得到所述第一频率增量的模块。
5.一种FDA雷达，包含多个排列在一条直线上的阵元，其特征是：所述阵元的发射信号有多个载波频率，每个载波频率由第一频率增量、第二频率增量和预先设定的基准频率相叠加得到；
其中，所述第一频率增量根据每一个阵元到中央阵元的距离和预先设定的基本频率增量，从中央阵元往左对数递增并从中央阵元往右对数递增；
所述第二频率增量根据载波频率的个数和预先设定的基本频率增量，随着载波编号增加而对数递增；
其中，所述第二频率增量等于载波编号的对数值与基本频率增量的乘积。
6.根据权利要求5所述的FDA雷达，其特征是：所述第一频率增量等于所述距离的对数值与基本频率增量的乘积。
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