光控相控阵天线子阵划分方法的研究
混合MIMO相控阵雷达反向非均匀重叠子阵分割方法
收稿日期：2019-11-27修回日期：2020-01-14基金项目：国家自然科学基金资助项目（61671465，61871396）作者简介：程天昊（1996-），男，山东济宁人，硕士研究生。
研究方向：阵列信号处理。
王布宏（1975-），男，山西太原人，教授，博士生导师。
研究方向：阵列信号处理、信息安全。
*摘要：针对混合MIMO 相控阵雷达子阵分割中发射相干处理增益和波形分集增益不能兼顾的问题，提出了一种反向非均匀重叠子阵分割方法，该结构在非均匀重叠子阵分割的基础上，对其结构进行了反转。
通过推导证明了反向非均匀重叠子阵分割方法在两种增益上的优越性。
相较于传统的子阵分割方式，该方法既增强了发射相干处理增益，又保留了波形分集增益。
仿真实验表明，所提出的方法具有更低的方向图旁瓣、更高的信干噪比以及更小的波达方向估计均方根误差。
关键词：混合MIMO 相控阵雷达，发射相干处理增益，波形分集增益，反向非均匀重叠子阵分割中图分类号：TJ01；TN820文献标识码：ADOI ：10.3969/j.issn.1002-0640.2021.01.005引用格式：程天昊，王布宏，李夏.混合MIMO 相控阵雷达反向非均匀重叠子阵分割方法［J ］.火力与指挥控制，2021，46（1）：25-31.混合MIMO 相控阵雷达反向非均匀重叠子阵分割方法*程天昊，王布宏，李夏（空军工程大学信息与导航学院，西安710077）Reversed Unequal Overlapping Subarray PartitioningMethod for Hybrid Phased-MIMO RadarCHENG Tian-hao ，WANG Bu-hong ，LI Xia（College of Information and Navigation ，Air Force Engineering University ，Xi ’an 710077，China ）Abstract ：A significant compromise between coherent processing gain and waveform diversity gain can be achieved by subarray partitioning method of hybrid phased-MIMO radar.Unequal overlapping subarray partitioning with forward structure has been proposed to achieve greater length of subarrays and greater coherent processing gain.To obtain a more desirable diversity gain ，a reversed structure is introduced in this paper ，in which structure is reversed based on unequal partitioning method.The superiority compared to unequal partitioning method in beam pattern is proved by the formula derivation for this novel structure and compared to that of the traditional unequal subarray partitioning method.This novel structure can not only enhance the transit coherent processing gain but also can retain the wave form diversity gain.Simulation results show that the proposed method has lower side lobes in beam pattern ，higher signal-to-noise ratio and smaller root-mean-square error in wave direction.Key words ：hybrid phased-MIMO radar ，transmit coherent processing gain ，waveform diversity gain ，reversed unequal overlapping subarray partitioningCitation format ：CHENG T H ，WANG B H ，LI X.Reversed unequal overlapping subarray partition-ing method for hybrid phased-MIMO radar ［J ］.Fire Control &Command Control ，2021，46（1）：25-31.0引言近年来，混合MIMO 相控阵雷达受到越来越多专家学者的关注［1-2］。
相控阵天线阵列结构及控制技术
相控阵天线阵列结构及控制技术随着信息技术的发展，相控阵天线阵列在通信、雷达、航空等领域得到了广泛应用。
相控阵天线阵列的核心是阵列结构及控制技术，本文将就此展开阐述。
一、相控阵天线阵列的结构相控阵天线阵列主要由两部分组成：天线阵列、相控器。
1. 天线阵列天线阵列是由许多个单元天线按照一定规律构成的。
其中单元天线由辐射元件和耦合元件组成。
辐射元件是天线的基本辐射单元，负责发射和接收电磁波。
耦合元件是单元天线之间的耦合连接，实现天线元件之间的相位关系。
天线阵列的结构包括线性、圆形、方形、球形等，其中线性结构最为常见。
与传统的单天线相比，线性天线阵列可以通过控制各个单元天线之间的相位差，发射和接收特定方向上的电磁波，从而实现波束的控制。
2. 相控器相控器是对天线阵列进行数字控制的核心部件。
它负责控制单元天线发射和接收的相位，实现对波束方向和形状的控制。
相控器主要由控制器、数字信号处理器、射频开关等模块组成。
控制器负责产生控制信号，数字信号处理器用于根据不同的应用场合进行信号处理，射频开关用于实现天线单元之间的开关控制。
二、相控阵天线阵列的控制技术相控阵天线阵列的控制技术主要包括波束控制、自适应波束形成和信号处理三个方面。
1. 波束控制波束控制是相控阵天线阵列最基本的控制技术。
它通过控制每个单元天线的相位，实现对发射或接收波束的控制。
波束控制可以通过两种方式进行：注入扫描和相位控制。
注入扫描方式是通过同时向单元天线注入不同的频率信号，使得每个单元天线产生不同相位的电磁波，由此构成所需的波束。
相位控制方式是通过调整单元天线之间的相对相位差，实现对发射或接收波束的控制。
相位控制方式需要更为精确的天线单元之间的同步控制，但效果更为优秀。
2. 自适应波束形成自适应波束形成是在已知某一发射或接收方向的情况下，通过尝试多个波束形成模型，最终找到一个最佳的波束形成模型，以满足特定的性能要求。
自适应波束形成可以应用于多路径衰减、多路径干扰等复杂场合下波束控制的问题。
相控阵天线波束控制的基本原理及波控系统的任务
相控 阵天线波束控 制的基本原理及波控 系统 的任 务
文 ／曹 德 明
相 控 阵 波 束 控 制 系 统 的 主 要 任 务 是 快 速 ４．３灵 活 性 和 可 扩 展 性
随 着我技 水 平也有 了长 足 的进 步，各 种新 技 术如 雨 后春 笋般 冒 了出来，相 控 阵 天线 阵面技 术是近年 来 出现 的新技 术。 这项 技 术对 于天 线波 束有 很好 的 控 制 作 用 ， 本 文 主 要 针 对 这 项 技 术 的基 本原 理进 行分 析 ，分 析 这
采 用 ＦＰＧＡ 和 ＤＳＰ实 现 最 大 程 度 的 计 算 方 法 ， 以满 足 系统 的 实时 性 要 求 ，并 实 现 自适 应 零 点校 准 ，发 挥 波 控 系 统 的灵 活 性 ， 同时 该 模型 能够实现稳定可靠 的搭配在一些有源相控 阵雷达 系统 的实验 中，只有增加硬件才能实现 其他 功 能 。
５ 结 束 语
对 相 控 阵 雷 达 波 束 控 制 系 统 的 设 计 原 理 和 实 际 应 用 进 行 了充 分 验 证 ，表 明 对 于 某 些 频 率 相 控 阵 雷 达 ，波 束 控 制 系 统 能 很 好 地 满 足 系 统 的 要 求 。虽 然 它 只 适 用 于 小 型 化 雷 达 阵 列 控
束控制 ，在 ＤＳＰ，单片机 ，ＣＰＬＤ软 件无线电 技 术 的 设 计 中使 用 ，经 过 测 试 ， 波 束 控 制 系 统 实 时 性 好 ， 精 度 高 和 快 速 的 反 应 。 当 然 ， 这 个 制 度 还 有 的 很 多 方 面 还 不 完 善 ， 今 后 的 工 作 还 会 进 一步 完 善 和 完 善 。
多波长光控相控阵天线系统的研究
Ｗ Ｄ 系 统 对 这 些 延 迟 按 波 长 进 行 编码 ， 延 迟 信 号 可 以 由 Ｍ 光 光 滤 波 器 或 相 干 检 波 来 完 成 。 ＷＤＭ 系 统 大 大 减 少 了 波 束 形 成 网 络 的 复 杂 性 ， 多 数 系 统 使 用 一 个 多 波 长 激 光 源 大 （ ＭＷ Ｌ ， 产 生 的 每 一 光 波 长 对 应 一 个 不 同 的 扫 描 角 。 本 ）其
高 的要 求 。针 对 系统 的插 入 损 耗 和 噪 声性 能 给 出 了估 算 的 结 果 并 提 出 了 采 用 掺 铒 光 纤 放 大 器进 行 分 布 补 偿 的 方 法 ， 系 使 统 的 实 用 性 更 为 增 加 。 多 波 长 光 控 相 控 阵 系统 在 高 性 能 雷 达 和 通 信 网络 中有 非 常 大 的 应 用 前 景 。
散光纤之 间的相对 时间延 迟。
厂 — Ｌ ｏ ２ｏ Ｌ — ］ ２ Ｉ０ ＂Ｌ
００ … ２－ ｌ ０ ＇ 第 一段 Ｌ ０是 ０色 散 光 纤 与 非 色 少 光 器 件 的数 量 ， 须 花 费 雷 达 停 机 的 时 间 对 串 行 线 路 重 ２ ｒ ， ，－ １＇。这 里 的 ｌ 但
文 采 用 一 个 多 波 长 激 光 源 和 一 个 可 编 程 色 散 矩 阵 （ ＤＭ） Ｐ 组
从 Ｅ ＯＭ 到 Ｄ ＤＭ Ｗ
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成 一 个 波 束 形 成 网络 ， 使 每 一 波 长 对 应 特 定 的 天 线 单 元 ， 它 从而起 到控制 天线波束 扫描 的方 向。
ＭＷ Ｌ， 出 １ 、 、 ， 然 ， 以 用 单 片 集 成 分 布 反 馈 输 、２ … 当 可 激 光 阵列 或 半 导 体 锁 模 调 制 器 代 替 。 ② 一 个 电 光 调 制 器 Ｅ ０Ｍ ， 射 频 信 号 调 制 到 光 载 波 上 。③ 一 个 可 编 程 色 散 矩 使 阵 Ｐ Ｍ， 对 不同波 长的 光提 供 相关 时间 延迟 。④一 个解 Ｄ 其
阵列天线测向算法及子阵划分研究的开题报告
阵列天线测向算法及子阵划分研究的开题报告一、研究背景和意义：随着通信技术的快速发展，人们对通信的需求越来越高，尤其是个人移动通信、微波通信、宽带通信和卫星通信等方面，需要更高的通信传输速度和更可靠的通信系统。
阵列天线技术作为一种有效的天线系统，因其具有指向性强、抗干扰能力好、容量大、传输距离远等优点，在通信、雷达、监视等领域得到了广泛的应用。
阵列天线测向算法及子阵划分研究是阵列天线领域中的一个研究热点问题。
该问题主要涉及到如何利用天线阵列来实现较高的测向精度和控制信号传输方向，同时也需要考虑如何在阵列天线系统中进行子阵划分实现多信号源的接收。
因此，研究阵列天线测向算法及子阵划分，对于提高阵列天线系统的接收性能和通信效率具有很重要的意义。
二、研究内容和研究方法：1.研究内容：（1）阵列天线的基本原理和几种常见的测向算法的原理和特点分析（2）设计基于阵列天线的信号处理系统，实现对信号源的测向和信号接收（3）研究阵列天线的子阵划分算法，并分析其在多信号源接收的应用（4）结合实际系统，进行仿真实验和实验验证，验证算法的有效性和性能2.研究方法：（1）文献调研法：收集、整理和分析相关的阵列天线测向算法、子阵划分算法和实验方法的国内外研究成果。
（2）数学建模法：基于阵列天线系统的基本原理和信号处理算法，构建数学模型，分析和优化算法性能。
（3）软件仿真法：使用MATLAB等数学仿真软件，模拟阵列天线信号的接收与处理。
（4）硬件实验法：通过搭建阵列天线系统的实验平台，验证算法的有效性和性能。
三、预期成果和研究意义：1.预期成果：（1）阵列天线测向算法的研究成果，包括阵列天线中几种常见的测向算法的比较分析和优化方案。
（2）针对多信号源情况，提出一种子阵划分算法，并通过仿真验证其在信号接收和测向方面的性能。
（3）设计基于阵列天线的信号处理系统，实现对信号源的测向和信号接收，并验证算法的性能和有效性。
2.研究意义：（1）为阵列天线系统的应用提供了有效的测向算法和多信号源接收的实现方案，可以提高阵列天线的通信能力和接收性能。
相控阵天线子阵波束合成相关问题讨论
子阵波束合成相关问题一、基本思想：首先让整个面阵指向某一扫描角度0θ。
然后依次打开阵面中的每个通道，通过幅相仪测量每个通道的幅度和相位信息。
记录的幅度信息为：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=mn m m n n c c c c c c c c c C ...................................212222112111，记录的相位信息为：⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=mn m m n n φφφφφφφφφφ (2)12222111211。
根据分区的大小采用子阵合成公式就可以合成子阵方向图和整个面阵的方向图。
下面以一维线阵为例进行说明。
假设一个一维线性相控阵含有M 个独立单元，这些单元总共被分成P 个子阵，则 每个子阵含有单元数为PMR =,根据一维线阵方向图公式，得到子阵方向图公式： )sin 2sin 2(1200cos)(θλπθλπθθp r x x j Rr r EF SA ea F -=∑⋅= （1）其中记θ2cos EF EP =称为单元方向图。
为了求解整个线阵的方向图，将每个子阵方向图看成一个独立的单元因子，利用方向图乘积法则，乘以阵因子，得到P 个子阵合成的整个线阵的方向图公式： )s i n 2s i n 2(11)s i n 2s i n 2(0000)()(θλπθλπθλπθλπθθp p p p p x x j SA Pp p Pp x x j p SA eAF b EP eb F F -==-⋅⋅=⋅=∑∑ （2）其中)sin 2sin 2(100θλπθλπr r p x x j Rr r SA ea AF -=∑=称为子阵阵因子。
这里假定所有子阵均含有相同的阵因子，则（2）简化为： ∑=-⋅⋅⋅=Pp x x j pSA p p ebAF EP F 1)sin 2sin 2(00)()(θλπθλπθ （3）二、仿真验证建立了一个16=M 元一维线性相控阵，共有4=P 组子阵，每组子阵含有的单元数为4==PMR 个。
宽带相控阵子阵划分及自适应干扰对消技术
第 ４期
２１ ００年 ８月
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宽 带 相控 阵子 阵划 分及 自适 应 干扰对 消技 术
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相控阵天线设计方案
相控阵天线设计方案一、相控阵天线需求分析1.天线应用场景图1-(a)图1-(b)如图1所示，定义XOY平面为天线安装面，天线采用平板结构外形，与天花板共形安装。
为了实现AP的远距离覆盖能力，天线需要在天花板平面具备高增益特性；在AP的高密度部署区域，需要天线波束集中于垂直向下区域，同时窄波束有利于降低AP之间的相互干扰。
由此可知，天线需要具备高增益、大角度覆盖的能力。
2.天线指标要求图25G频段：4.9GHz~5.9GHz在xz/yz面：第一档：theta=90°增益大于5dB第二档：theta=90°增益比第一档增益下降4dB第三档：theta=90°/-90°增益小于-9dBtheta=60°/-60°增益小于-6dB2.4G频段：2.4GHz~2.49GHz在xz/yz面：第一档：theta=90°增益大于3dB第二档：theta=90°增益比第一档增益下降4dB第三档：theta=90°/-90°增益小于-9dBtheta=60°/-60°增益小于-6dB根据图2坐标定义，天线波束需要具备在±90°角度内满足大角度、高增益扫描状态。
图3根据图3阵列布局要求，每个天线子阵采用线阵形式，各自覆盖俯仰0°~90°角度，最终实现整阵对于下半空间的全覆盖。
二、天线设计方案阵列天线的大角度扫描是阵列天线设计的一大难点。
从理论上讲阵列的天线增益满足：阵列增益=单元增益+阵因子增益，天线单元的广角辐射特性决定了阵列波束的宽角扫描特性。
当阵列主波束扫描时，随着扫描角度的不同，其增益也在天线单元方向图的限制范围内改变。
当阵列波束扫描至天线单元的增益降至-3dB 的角度时，阵列增益将减小-3dB。
因此，天线单元的3dB 波束覆盖范围，也是阵列的3dB 波束扫描范围。