[发明专利]基于子带分解的宽带子阵自适应波束形成方法

权利要求书

1.一种基于子带分解的宽带子阵自适应波束形成方法，包括如下步骤：

(1)在宽带相控阵雷达中，设相控阵阵列为一个等距离线阵，阵元间距为d，阵元数为N，随机划分为L个子阵，每个子阵阵元数分别为P_n个，其中n＝1，…，L；

(2)将上述子阵通过移相器微波合成对准所在波束指向，获得经过合成后的数据Y(t)：

Y(t)＝TX(t)，

其中X(t)＝[x₁(t)，…，x_N(t)]^T为阵列接收数据，[]^T为向量转秩操作，x_i(t)为第i个阵元接收数据，其中i＝1，…，N，T为如下矩阵：

T=ej2πλdsinθ···ej2πλP1dsinθ000000000000ej2πλdsinθ···ej2πλP2dsinθ000000··000000·····000··000000000e2πλdsinθ···ej2πλPLdsinθL×N,]]>

λ为发射信号的波长，θ为波束指向方向，d为阵元间距，P_n为子阵阵元数，其中n＝1，…，L；

(3)将合成数据Y(t)转换为频域信号Y(w)：

Y(w)＝TX(w)，

其中X(w)为阵列接收数据的频域表示，X(w)＝A(w)S(w)+N(w)，A(w)为信号频域导向矢量，S(w)为发射信号，N(w)为干扰和噪声信号，T为步骤(2)中所述的矩阵；

(4)对频域导向矢量进行降维处理，得到导向矢量降维结果B(w)：

B(w)＝TA(w)，

(5)选取原型低通滤波器，并利用余弦调制滤波器组对该原型滤波器进行调制，得到分析和综合多速率滤波器组：

hm′(q)=2h(q)cos((2m-1)π2M(q-Q-12)-(-1)mπ4),0≤q≤Q-1,1≤m≤M]]>

fm′(q)=2h(q)cos((2m-1)π2M(q-Q-12)+(-1)mπ4),0≤q≤Q-1,1≤m≤M]]>

其中，h′_m(q)和f′_m(q)分别为分析和综合多速率滤波器组，h(q)为原型低通滤波器，该滤波器是一个线性相位低通FIR滤波器，Q为原型滤波器的长度，M是余弦调制滤波器组的通道数；

(6)将上述分析和综合多速率滤波器组分别修改为复数滤波器组：

hm(q)=2h(q)ej((2m-1)π2M(q-Q-12)-(-1)mπ4),0≤q≤Q-1,1≤m≤M]]>

hm(q)=2h(q)e-j((2m-1)π2M(q-Q-12)-(-1)mπ4),0≤q≤Q-1,M+1≤m≤2M]]>

fm(q)=2h(q)ej((2m-1)π2M(q-Q-12)+(-1)mπ4),0≤q≤Q-1,1≤m≤M]]>

fm(q)=2h(q)e-j((2m-1)π2M(q-Q-12)+(-1)mπ4),0≤q≤Q-1,M+1≤m≤2M]]>

其中h_m(q)和f_m(q)分别为修改后的分析和综合多速率滤波器组；

(7)将频域信号Y(w)通过上述分析滤波器组进行滤波得到窄带信号，对该窄带信号进行下采样，得到下采样后的数据Z_m(w)：

Zm(w)=1DΣd=0D-1Y(w/D+dwd)Hm(w/D),]]>

其中Y(w/D+dw_d)表示频域信号Y(w)的多相滤波结构，H_m(w/D)为分析滤波器通过下采样后的频域响应，m表示余弦调制滤波器组的通道数，D为下采样倍数，d为阵元间距；

(8)利用下采样后的数据Z_m(w)和步骤(3)中的导向矢量降维结果，求得窄带内各子带自适应权值Ψ_m：

Ψm=R-1(wm)B(wm)BH(wm)R-1(wm)B(wm),]]>

其中B(w_m)表示导向矢量第m子带的降维结果，R(w_m)表示协方差矩阵，B^H(w_m)表示B(w_m)的共轭转置，表示Z_m(w)的共轭转置；

(9)在窄带内利用自适应权值Ψ_m对各子带数据自适应加权，进行子带波束形成，得到子带输出数据：

ΨmHZm(w)=1DΨmHΣd=0D-1Y(w/D+dwd)Hm(w/D),]]>

其中为波束形成后的结果，表示共轭转置；

(10)对上述子带波束形成后的信号进行上采样，然后经过综合滤波器组进行滤波，得到输出数据：

Fm(w)ΨmHZm(Dw)=1DFm(w)ΨmHΣd=0D-1Y(w+dwd)Hm(w),]]>

其中，D为上采样倍数，F_m(w)为综合滤波器的频域响应，H_m(w)为分析滤波器的频域响应，Y(w+dw_d)为各子阵接收的频域信号先后经过下采样和上采样后所得的结果。

(11)对各综合滤波器组的输出数据进行求和，得到宽带自适应波束形成后的数据输出

X~(w)=Σm=1MFm(w)ΨmHZm(Dw)=1DΣm=1MFm(w)ΨmHΣd=0D-1Y(w+dwd)Hm(w).]]>