[发明专利]一种阵列天线、波束成形方法及感知和通信一体化系统

权利要求书

1.一种基于感知和通信一体化的阵列天线，其特征在于，包括：

感知子阵列和通信子阵列；

所述感知子阵列用于产生三维的感知波束，以实现感知和通信一体化系统中的感知功能；

所述通信子阵列用于产生二维的通信波束，以实现所述感知和通信一体化系统中的通信功能。

2.根据权利要求1所述的阵列天线，其特征在于，所述感知子阵列包括发送天线子阵列和接收天线子阵列；所述发送天线子阵列和所述接收天线子阵列均为圆形天线阵列，且所述发送天线子阵列和所述接收天线子阵列的尺寸相同；

所述通信子阵列包括线性天线阵列。

3.根据权利要求2所述的阵列天线，其特征在于，所述发送天线子阵列和所述接收天线子阵列外围均包括电磁屏蔽结构，且所述发送天线子阵列和所述接收天线子阵列之间存在电磁屏蔽解耦结构。

4.一种波束成形方法，其特征在于，应用于上述权利要求1至3任一项所述的基于感知和通信一体化的阵列天线，包括：

确定所述阵列天线中感知子阵列对应的第一导向矩阵，以及确定所述阵列天线中通信子阵列对应的第二导向矩阵；

基于所述第一导向矩阵计算第一波束成形向量，基于所述第二导向矩阵计算第二波束成形向量；

根据所述第一波束成形向量和第一导向矩阵确定感知子阵列对应的实际波束成形响应，以及根据所述第二波束成形向量和第二导向矩阵确定通信子阵列对应的实际波束成形响应。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述阵列天线中感知子阵列对应的第一导向矩阵，包括：

确定所述感知子阵列K个远场信号中的第k个远场信号的导向向量a_k为：

其中，为感知子阵列中第p层的第q个天线阵元接收到第k个远场信号与相位中心天线阵元接收到第k个远场信号的相位差，为所述感知子阵列的第k个远场信号S_k的接收来波角度，b为正整数，P为所述感知子阵列的层数；

将多个所述导向向量组成的矩阵作为所述第一导向矩阵；

其中，所述感知子阵列对应的实际波束成形响应满足优化条件：

其中，w_r^HA为所述感知子阵列对应的实际波束成形响应，w_r为所述第一波束成形向量，A为所述第一导向矩阵，r_d为期望的波束成形响应。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定所述阵列天线中通信子阵列对应的第二导向矩阵，包括：

确定所述通信子阵列对应的导向向量为：

其中，θ_i为抵达所述通信子阵列的信号i的抵达角度，d为所述通信子阵列中天线的间距，λ为载波波长，M_com为所述通信子阵列中天线的个数；

根据所述导向向量确定所述第二导向矩阵D为：

其中，K_c为具有不同抵达角度的信号的个数。

7.一种感知和通信一体化系统，其特征在于，包括：

一个中心无人机和多个从属无人机；所述中心无人机是所述感知和通信一体化系统中可用计算资源最丰富的无人机；

所述中心无人机通过所述中心无人机的通信波束广播握手发起帧，其中，所述握手发起帧包括各个从属无人机被分配的通信时隙和搜索运动方向信息；

针对各个从属无人机，该从属无人机通过该从属无人机的通信波束接收所述广播握手发起帧，并解析所述广播握手发起帧，得到该从属无人机被分配的通信时隙和搜索运动方向信息；该从属无人机根据所述搜索运动方向信息运动，并通过该从属无人机的感知波束进行感知，得到感知数据；在该从属无人机对应的通信时隙内将得到的所述感知数据发送至所述中心无人机；

其中，所述感知波束为阵列天线中感知子阵列产生的三维的感知波束；所述通信波束为阵列天线中通信子阵列产生的二维的通信波束。