低旁瓣MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖設(shè)計

高林

【摘 要】設(shè)計低旁瓣MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖，可以實(shí)現(xiàn)對主瓣發(fā)射能量提供保障的基礎(chǔ)上，對虛假目標(biāo)能量、旁瓣雜波進(jìn)行抑制，促進(jìn)回波信噪比提升的目的，提高M(jìn)IMO雷達(dá)的有效發(fā)射功率。因此本文主要研究設(shè)計低旁瓣MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖方法，并通過仿真實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證本文提出的設(shè)計方法的可行性，希望能夠?yàn)榈团园闙IMO雷達(dá)發(fā)射方向圖的科學(xué)設(shè)計提供參考。

【關(guān)鍵詞】發(fā)射方向圖 MIMO雷達(dá) 低旁瓣

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)領(lǐng)域研制出了新的產(chǎn)品即MIMO雷達(dá)，其中重要的研究方向就是集中式的MIMO雷達(dá)，其特征是在各個陣元下發(fā)射的信號是不同的，具有不小于1的協(xié)方差矩陣秩，而且其發(fā)射波形的自由度較大。因此在對其發(fā)射方向圖進(jìn)行設(shè)計的時候，應(yīng)當(dāng)采取合適的設(shè)計方法，從而設(shè)計出優(yōu)質(zhì)的低旁瓣MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖。

1 設(shè)計低旁瓣MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖方法

當(dāng)MIMO雷達(dá)在功率值為1的發(fā)射總功率條件下，那么它的發(fā)射信號協(xié)方差矩陣的非對角線元素則與0≤≤1/M，m≠n該條件式相滿足。當(dāng)MIMO雷達(dá)發(fā)射的信號為正交信號時，即的值為0時，且m≠n，那么將會得到全向的發(fā)射方向圖，在全空域?qū)鶆蚍峙淅走_(dá)的發(fā)射功率。若是MIMO雷達(dá)發(fā)射的信號為單一信號時，那么則表示的值為1/M，且m≠n，這時將得到相控陣?yán)走_(dá)，明確的指向性是其發(fā)射方向圖的主要特征，而且在全空域沒有均勻分配的雷達(dá)發(fā)射功率。于是可以將定義為r=。其中發(fā)射信號協(xié)方差矩陣為R0時所對應(yīng)的方向圖就是，當(dāng)正交信號的協(xié)方差矩陣為R0，那么則表示的值為0，且m≠n。當(dāng)發(fā)射信號協(xié)方差矩陣為R時所對應(yīng)的方向圖就是，那么則表示的值不小于0，且m≠n。對空域分配不均勻的雷達(dá)發(fā)射功率進(jìn)行深入的研究，可以得到圖1，其矩陣的Frobenius由其R-R0的絕對值表示[1]。

如果雷達(dá)各個發(fā)射陣元具有相應(yīng)的最大發(fā)射功率，那么在想要得到最大的全空域發(fā)射總功率時，就需要保證得到各個發(fā)射陣元得到最大的發(fā)射功率。于是可以采取優(yōu)化發(fā)射信號，對信號的相關(guān)性進(jìn)行調(diào)整的方法，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)發(fā)射方向圖擁有最大化的主瓣發(fā)射功率，因此發(fā)射信號的相關(guān)性、各個陣元發(fā)射功率的最大化決定了MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖中的最大發(fā)射功率。而各個陣元的發(fā)射功率最大化可以有R的對角線元素提供保障，因此在對發(fā)射方向圖進(jìn)行調(diào)整時盡量不要對對角線元素進(jìn)行改變，從圖1可以了解到在不變的對角線元素下，發(fā)射功率的空域分配不均勻性由R的非對角線元素決定，所以對發(fā)射方向的形狀進(jìn)行改變時只需要對R的非對角線元素進(jìn)行修正即可。

2 對其進(jìn)行仿真模擬試驗(yàn)

若MIMO雷達(dá)擁有均勻線陣的發(fā)射陣，擁有20個發(fā)射陣元數(shù)M，且半波長為陣元間距，1為總的發(fā)射功率。那么具體的實(shí)驗(yàn)可以分為以下幾個步驟：（1）對以往的設(shè)計方法、本文采用的設(shè)計方法中設(shè)計出的方向圖的旁瓣性能進(jìn)行對比。（2）對主瓣失真參數(shù)的合理取值范圍進(jìn)行驗(yàn)證。（3）利用恰當(dāng)?shù)乃惴ㄓ嬎愠霭l(fā)射信號真實(shí)的矩陣，并將其得到的矩陣進(jìn)行合成，最終設(shè)計出MIMO雷達(dá)的發(fā)射方向圖。從而旁瓣電平有效降低進(jìn)行驗(yàn)證。

實(shí)驗(yàn)1：對已有的發(fā)射方向圖設(shè)計方法進(jìn)行修正，如對匹配法進(jìn)行修正，設(shè)置仿真參數(shù)：[-25°，25°]為主瓣區(qū)域范圍，1為發(fā)射功率幅度，而其他區(qū)域設(shè)計為旁瓣區(qū)域，旁瓣區(qū)域的發(fā)射功率幅度為0。

實(shí)驗(yàn)2：對主瓣失真參數(shù)進(jìn)行選擇，實(shí)驗(yàn)參數(shù)選擇與實(shí)驗(yàn)1設(shè)計的方向圖仿真參數(shù)一致，將主瓣失真參數(shù)的選擇范圍設(shè)定在較大的范圍內(nèi)，假設(shè)主瓣失真參數(shù)為[0.01，0.15]。再結(jié)合之前設(shè)計的方向圖，可以得到當(dāng)主瓣失真參數(shù)發(fā)生變化時，設(shè)計的方向圖的旁瓣下降情況、主瓣形狀失真情況也會隨之發(fā)生變化。假設(shè)主瓣失真參數(shù)不小于0.10時，那么主瓣的最大失真、平均失真情況會出現(xiàn)上升的情況，而旁瓣均值、中旁瓣峰值的下降情況也會呈現(xiàn)出緩和的趨勢。這就表示對主瓣參數(shù)所選擇的上限值是合理的。若假設(shè)主瓣參數(shù)的選擇不大于0.05時，若是沒有出現(xiàn)明顯的旁瓣峰值下降情況，對于方向圖的旁瓣也不能夠做出有效的抑制，同時卻也出現(xiàn)了上升的中峰值旁瓣均值的效果，而旁瓣的效果卻沒有達(dá)到抑制的目的，就可以將主瓣失真參數(shù)的下限值確定為0.05，由此可以判定實(shí)驗(yàn)中給出的主瓣失真參數(shù)的是合理的[2]。

根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對設(shè)計的方向圖進(jìn)行模擬，有利于設(shè)計更加符合實(shí)際需求的MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖，使其在實(shí)際應(yīng)用中充分發(fā)揮其功率。

3 結(jié)語

綜上所述，通過對低旁瓣MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖設(shè)計的研究，從中可以了解到在對MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖進(jìn)行設(shè)計時，為了得到更高的發(fā)射功率，就需要對旁瓣功率進(jìn)行降低，并使用新的設(shè)計方法，實(shí)現(xiàn)對設(shè)計理想的雷達(dá)發(fā)射方向圖的目標(biāo)，從而設(shè)計出具有較低的旁瓣性的發(fā)射方向圖。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊曉超，劉宏偉，王勇，糾博.最小化旁瓣的MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖優(yōu)化算法[J].電子與信息學(xué)報，2012，12：2954-2958.

[2]吳夢，劉宏偉，王旭.一種循環(huán)迭代的MIMO雷達(dá)發(fā)射方向圖設(shè)計方法[J].電子與信息學(xué)報，2015，02：322-327.