本技术介绍了一种新型相控阵动态波控技术,该技术旨在实现低副瓣水平和信号定向调制。该方法涉及以下步骤:1) 确定相控阵信号定向时域的相位和幅度调制向量;2) 设定主瓣和副瓣区间,并构建动态空域响应;3) 优化波控权重函数,并通过全局优化算法求解最优权重;4) 将最优权重应用于相控阵收发通道。该技术利用时域波控自由度,有效降低波束副瓣电平,提高系统性能。
背景技术
相控阵技术是指通过控制多个传感器阵元的幅度和相位,进而合成多个阵元的信号,形成预先设定的合成波束,增强或减弱特定方向的信号。相控阵广泛应用于雷达、无线通信、麦克风、医疗诊断以及射电天文等领域。例如,利用相控阵技术,军用领域的雷达可以实现波束的快速电控扫描,避免耗时的传统机械扫描。又例如,目前的第五代移动通信和未来的第六代移动通信在基站端使用相控阵技术实现多用户的波分复用,提高通信系统的频谱效率。相控阵可以工作于发射和接收状态。相对于单个阵元,相控阵具有更高的幅度和相位自由度,可以合成任意波束。相控阵中的单个传感器的幅度和相位是实现波束控制的关键参数,其中幅度和相位统称为权重。对所有阵元的幅度和相位的控制一般被称为波控。
相控阵中的低副瓣技术是指使波束的副瓣电平尽量低于主瓣电平。这是因为波束的主瓣是指向目标所在位置,而副瓣会远离目标并且可能指向干扰。因此降低副瓣电平有利于减小干扰,提高主瓣接收信号的信杂比。例如,雷达通过降低副瓣技术可以抑制副瓣杂波和来自副瓣的有意或无意干扰。无线通信通过低副瓣技术可以降低不同用户间的干扰。传统的低副瓣波控方法有窗函数法、基于凸优化的方向图综合法以及基于全局优化的方向图综合法。其中,窗函数法可直接获取解析形式的权重参数,但一般只适用于均匀阵列。凸优化法和全局优化法需要进行迭代求解,意味着两者的计算复杂度较高。凸优化的计算复杂度小于全局优化,但全局优化的应用范围比凸优化更广。
以上三种波控方法可以满足一般场景应用,但都存在共同的特点,即在一个工作周期内波控权重保持固定不变。对于雷达,一个工作周期是指一个相干处理周期。对于无线通信,一个工作周期则是指一段消息的传递周期。波控权重保持不变意味着,一方面主瓣和副瓣之间只有幅度的差异,另一方面时域的自由度没有被利用。主瓣和副瓣只有幅度差异意味着利用高灵敏度接收机仍可以从副瓣接收与主瓣相同的信息,或者利用高功率干扰设备仍然可以使从副瓣进入的信号干扰主瓣信号。如何利用时域的自由度来进一步增强相控阵的波控性能目前很少被研究。
实现思路