子陣級混合mimo-相控陣系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種子陣級混合MM)-相控陣系統(tǒng)，屬于電子與信息系統(tǒng)領域。
【背景技術】
[0002]MIMO (Multiple-1nput Multiple-Output，多輸入-多輸出)是一種新興系統(tǒng)，是國內(nèi)外十分活躍的研究熱點。MIMO系統(tǒng)與傳統(tǒng)的相控陣系統(tǒng)相比有較大優(yōu)勢，如更好的檢測性能，更高的方向分辨率和估計精度，及電子對抗及多徑環(huán)境下更強的魯棒性等。
[0003]但與相控陣系統(tǒng)相比，MIMO系統(tǒng)也存在一些局限性。MHTO的缺點在于:1、各天線陣元發(fā)射正交信號，不具備相控陣系統(tǒng)的相干處理增益，從而產(chǎn)生波束形狀損失，并在目標散射截面積衰落時性能有所下降。2、產(chǎn)生信噪比(SNR)損失，影響目標檢測及參數(shù)估計精度等，盡管這可通過增加累積時間來補償，但存在很多實現(xiàn)上的困難。3、現(xiàn)代電子系統(tǒng)常包含數(shù)百至數(shù)千個天線陣元，應用Mnro系統(tǒng)時需要很多獨立的發(fā)射信號并在接收端采用數(shù)千個數(shù)字通道，這在硬件成本及運算代價等方面均無法承受；而且為得到合適的發(fā)射信號，需要對維數(shù)巨大的優(yōu)化問題進行求解。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的是為解決現(xiàn)有Mnro系統(tǒng)存在的不具備相干處理增益、產(chǎn)生信噪比損失，以及需要很多獨立的發(fā)射信號及數(shù)量巨大的接收通道，導致硬件成本過高及運算代價過大等問題，提供了一種子陣級混合Mnro-相控陣系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明所述子陣級混合MMO-相控陣系統(tǒng)，系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端采用相同的陣列，陣列的陣元間距均為半波長，陣列被劃分為多個子陣，每個子陣由多個相鄰陣元構成；在同一個子陣內(nèi)，各陣元發(fā)射相參信號，即各陣元發(fā)射相同的信號，系統(tǒng)工作于相控陣模式；不同子陣之間發(fā)射正交信號，系統(tǒng)工作于Mnro模式。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明所述的子陣級混合M頂O-相控陣系統(tǒng)克服了現(xiàn)有M頂O系統(tǒng)的局限性，將M頂O和相控陣系統(tǒng)進行結合，兼具M頂O和相控陣系統(tǒng)的優(yōu)點，在保持M頂O系統(tǒng)所有優(yōu)勢的同時，還具有相控陣系統(tǒng)相干處理增益的優(yōu)勢。而且，與目前已有的Mnro系統(tǒng)相比，本發(fā)明的子陣級混合Mnro-相控陣系統(tǒng)的硬件成本和軟件的運算代價都得到了很大降低，使MIMO系統(tǒng)的實際應用成為可能。
[0007]本發(fā)明有如下優(yōu)勢:
[0008]1、在保持Mnro系統(tǒng)所有優(yōu)勢的同時，具有相控陣系統(tǒng)的相干處理增益的優(yōu)勢；
[0009]2、采用子陣結構，發(fā)射端和接收端均采用子陣級處理方式。與已有的M頂O系統(tǒng)相比，大大減少了發(fā)射和接收通道數(shù)，即:大大地降低了系統(tǒng)硬件成本和復雜度，顯著降低了設計系統(tǒng)發(fā)射信號的優(yōu)化算法的維數(shù)及復雜度，及系統(tǒng)接收端匹配濾波及信號處理的維數(shù)和運算復雜度，即降低了軟件成本；
[0010]其中，設計發(fā)射信號優(yōu)化算法的維數(shù)由數(shù)百至上千量級的陣元數(shù)下降到數(shù)十量級的子陣數(shù)，降低了數(shù)十倍；類似地，系統(tǒng)接收端匹配濾波及信號處理的維數(shù)也由數(shù)百至上千量級的陣元數(shù)下降到數(shù)十量級的子陣數(shù)，也降低了數(shù)十倍；
[0011]3、可根據(jù)實際需要來設計合適的子陣數(shù)，以控制系統(tǒng)硬件成本和算法復雜度，在實現(xiàn)上更為靈活，而且通過優(yōu)化子陣結構可改善系統(tǒng)性能；
[0012]4、每個子陣可獨立選擇發(fā)射信號，不同子陣的發(fā)射信號與獨立的波束指向相結合，增強了波束控制能力，能夠產(chǎn)生比M頂O系統(tǒng)更為靈活的發(fā)射波束方向圖；
[0013]5、有一定的發(fā)射功率增益，通過調整子陣數(shù)可控制發(fā)射功率增益，從而在應用中滿足信噪比要求；
[0014]6、采用收/發(fā)共用陣，有利于降低天線陣列的成本、復雜度和安裝空間。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明所述子陣級混合MMO-相控陣系統(tǒng)的陣列與子陣示意圖；
[0016]圖2是【具體實施方式】三所述子陣級混合MMO-相控陣系統(tǒng)發(fā)射端的組成結構及發(fā)射信號的原理圖；
[0017]圖3是【具體實施方式】四所述子陣級混合MMO-相控陣系統(tǒng)接收端的組成結構及接收信號的原理圖。
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】一:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述子陣級混合MHTO-相控陣系統(tǒng)，系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端采用相同的陣列1，陣列I的陣元間距均為半波長，陣列I被劃分為多個子陣2，每個子陣2由多個相鄰陣元構成；在同一個子陣2內(nèi)，各陣元發(fā)射相參信號，即各陣元發(fā)射相同的信號，系統(tǒng)工作于相控陣模式；不同子陣2之間發(fā)射正交信號，系統(tǒng)工作于Mnro模式。
[0019]【具體實施方式】二:下面結合圖1說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，所述陣列I和子陣2均為任意形狀。
[0020]本實施方式中，陣列I與子陣2的形狀是任意的，圖1以矩形陣為例進行說明。
[0021]【具體實施方式】三:下面結合圖2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一作進一步說明，發(fā)射端發(fā)射信號的具體過程為:
[0022]步驟1、設發(fā)射端的陣列I包含L個子陣2，信號處理機產(chǎn)生L個正交的數(shù)字信號S1, S2,...S1^其中，L為正整數(shù)；
[0023]步驟2、對Sl，S2,…&分別進行數(shù)字加權，然后經(jīng)過D/A變換獲得L個正交的基帶模擬信號；
[0024]步驟3、L個發(fā)射通道分別將L個正交的基帶模擬信號進行上變頻和放大，得到L個正交的射頻信號；
[0025]步驟4、分別將L個正交的射頻信號輸入到L個子陣2中，通過L個子陣2分別將L個正交的射頻信號發(fā)射出去，即不同的子陣2之間工作于MMO模式；而同一個子陣2內(nèi)的所有陣元均發(fā)射同一個射頻信號，即子陣2內(nèi)工作于相控陣模式。
[0026]【具體實施方式】四:下面結合圖3說明本實施方式，本實施方式對實施方式三作進一步說明，接收端接收信號的具體過程為:
[0027]步驟5、接收端的L個子陣2中，每個子陣2均接收一個射頻的回波信號，所述回波信號為模擬信號，然后將L個射頻的模擬信號分別輸出至L個接收通道；
[0028]步驟6、L個接收通道分別將L個射頻的模擬信號進行下變頻和放大，獲取L個中頻的模擬信號；
[0029]步驟7、L個中頻的模擬信號分別經(jīng)過A/D變換，獲得L個數(shù)字信號；
[0030]步驟8、L個數(shù)字信號分別通過L個匹配濾波器，其中每個數(shù)字信號通過一個匹配濾波器后，該信號中的L個正交信號分量被分離；
[0031]步驟9、將步驟8獲取的信號輸出至信號處理機，以進行后續(xù)的信號處理，所述后續(xù)的信號處理包括自適應干擾抑制、目標檢測及參數(shù)估計。
【主權項】
1.子陣級混合MIMO-相控陣系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端采用相同的陣列(1)，陣列(I)的陣元間距均為半波長，陣列(I)被劃分為多個子陣(2)，每個子陣(2)由多個相鄰陣元構成；在同一個子陣(2)內(nèi)，各陣元發(fā)射相參信號，即各陣元發(fā)射相同的信號，系統(tǒng)工作于相控陣模式；不同子陣(2)之間發(fā)射正交信號，系統(tǒng)工作于MIMO模式。2.根據(jù)權利要求1所述的子陣級混合MMO-相控陣系統(tǒng)，其特征在于，所述陣列(I)和子陣(2)均為任意形狀。3.根據(jù)權利要求1所述的子陣級混合MMO-相控陣系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)射端發(fā)射信號的具體過程為: 步驟1、設發(fā)射端的陣列(I)包含L個子陣(2)，信號處理機產(chǎn)生L個正交的數(shù)字信號S1, S2,...S1^其中，L為正整數(shù)； 步驟2、對Sl，S2,…&分別進行數(shù)字加權，然后經(jīng)過D/A變換獲得L個正交的基帶模擬信號; 步驟3、L個發(fā)射通道分別將L個正交的基帶模擬信號進行上變頻和放大，得到L個正交的射頻信號； 步驟4、分別將L個正交的射頻信號輸入到L個子陣(2)中，通過L個子陣(2)分別將L個正交的射頻信號發(fā)射出去，即不同的子陣(2)之間工作于MMO模式；而同一個子陣(2)內(nèi)的所有陣元均發(fā)射同一個射頻信號，即子陣(2)內(nèi)工作于相控陣模式。4.根據(jù)權利要求3所述的子陣級混合MMO-相控陣系統(tǒng)，其特征在于，接收端接收信號的具體過程為: 步驟5、接收端的L個子陣(2)中，每個子陣(2)均接收一個射頻的回波信號，所述回波信號為模擬信號，然后將L個射頻的模擬信號分別輸出至L個接收通道； 步驟6、L個接收通道分別將L個射頻的模擬信號進行下變頻和放大，獲取L個中頻的模擬信號； 步驟7、L個中頻的模擬信號分別經(jīng)過A/D變換，獲得L個數(shù)字信號； 步驟8、L個數(shù)字信號分別通過L個匹配濾波器，其中每個數(shù)字信號通過一個匹配濾波器后，該信號中的L個正交信號分量被分離； 步驟9、將步驟8獲取的信號輸出至信號處理機，以進行后續(xù)的信號處理，所述后續(xù)的信號處理包括自適應干擾抑制、目標檢測及參數(shù)估計。
【專利摘要】子陣級混合MIMO-相控陣系統(tǒng)，屬于電子與信息系統(tǒng)領域，本發(fā)明為解決現(xiàn)有MIMO系統(tǒng)存在的不具備相干處理增益、產(chǎn)生信噪比損失，以及需要很多獨立的發(fā)射信號及數(shù)量巨大的接收通道，導致硬件成本過高及運算代價過大等問題。本發(fā)明所述子陣級混合MIMO-相控陣系統(tǒng)，系統(tǒng)的發(fā)射端和接收端采用相同的陣列，陣列的陣元間距均為半波長，陣列被劃分為多個子陣，每個子陣由多個相鄰陣元構成；在同一個子陣內(nèi)，各陣元發(fā)射相參信號，即各陣元發(fā)射相同的信號，系統(tǒng)工作于相控陣模式；不同子陣之間發(fā)射正交信號，系統(tǒng)工作于MIMO模式。本發(fā)明用于具有多輸入多輸出功能的現(xiàn)代電子系統(tǒng)。
【IPC分類】G01S7/42
【公開號】CN105093204
【申請?zhí)枴緾N201510446462
【發(fā)明人】胡航, 倪書全, 高偉, 王宇翔, 牟成虎, 宋柯, 李紹濱, 李毓琦, 狄晶瑩
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年7月27日