專利名稱：一種高精度測向陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于以發(fā)射信號可被無方向性接收機(jī)檢測到并確定發(fā)射機(jī)相關(guān)的方向位置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于波達(dá)方向(Direction of Arrival，D0A)估計(jì)的陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
波達(dá)方向(Direction of Arrival，D0A)估計(jì)在電子對抗、水聲對抗及新一代無線通信中扮演著非常重要的角色。常用的波達(dá)方向估計(jì)方法有針對于單輻射源的干涉儀測向與針對于多輻射源的空間譜估計(jì)法。這些方法都是依賴于陣列的，陣列結(jié)構(gòu)見附

圖1所示。 干涉儀陣列一般是3 5元非等距陣列，通過對輻射源號到達(dá)各陣元時(shí)的相位差解模糊估計(jì)輻射源的方向。常用的空間譜估計(jì)陣列是等距線陣。為了在180°范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無模糊波達(dá)方向估計(jì)，陣元間距必須小于半波長。這樣的陣列主要有如下不足(1)陣元間互耦效應(yīng)較大，對波達(dá)方向估計(jì)不利；(2)陣元尺寸如孔徑較大時(shí)陣列難以安裝，無法使用大孔徑陣元接收更微弱的信號；(3)欲實(shí)現(xiàn)高精度波達(dá)方向估計(jì)需增大陣列有效孔徑，需要更多的陣元，造價(jià)昂貴。為了在大陣列孔徑下減小陣元數(shù)目，人們已設(shè)計(jì)出了最小冗余陣列、最大連續(xù)延遲陣列、最小間隙陣等非等距線陣，但這些非等距陣列的最小陣元間距仍為半波長， 且其它陣元間距為半波長的整數(shù)倍，這樣的陣列仍無法克服等距線陣的前兩個(gè)不足。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)狀況，本發(fā)明的目的在于，提供一種高精度測向陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，該方法通過對干涉儀陣列作一定的擴(kuò)展，可以設(shè)計(jì)出最小陣元間距大于半波長的非等距陣列，增大陣列孔徑并減小陣元間互耦效應(yīng)，以提高陣列的測向精度，也為增大陣元孔徑以探測更微弱信號預(yù)留一定的空間。現(xiàn)將本發(fā)明構(gòu)思及方法步驟敘述如下本發(fā)明的基本構(gòu)思是通過對陣元位置的優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)非等距陣列的布置，陣元位置的優(yōu)化基于以下技術(shù)基礎(chǔ)假設(shè)陣列是N元線陣，各陣元的位置為屯，i =0,1,…，N-1，其中Cltl為首陣元位置，其值為0。由空間譜估計(jì)理論可知，陣列波達(dá)方向估計(jì)中常用的MUSIC算法的測向協(xié)方差矩陣為Cw=-^(H-I)1Re H.(AHUA)T (H.I)"1⑴式中，σ 2為接收信號中的噪聲功率，L為快拍數(shù)，I為單位矩陣，A為陣列流形矩陣，< · >表示Hadamard乘積運(yùn)算，上標(biāo)H表示矩陣的共軛轉(zhuǎn)置，AhUA = P"1+ σ 2P"1 (AhA) ^1P"1(2)H = DhUX1D = Dh I-A(AhA)-1Ah DD = [cKDcKD …d(i3m)]
權(quán)利要求
1.一種高精度測向陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于在滿足條件“陣元間距不小于設(shè)定值”且性能參數(shù)相同的所有陣列中，通過對陣元位置的優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)非等距陣列的布置，求得一系列陣列結(jié)構(gòu)，使其靜態(tài)方向圖的旁瓣最低，具體設(shè)計(jì)步驟如下步驟1 確定最小陣元間距dmin，最大陣元位置dmax，所用陣元數(shù)N ； 步驟2 計(jì)算陣列可調(diào)布陣距離D = dfflax-(N-Ddffli 步驟3 對由性能參數(shù)G和旁瓣或柵瓣高度來表征的陣列進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)； 步驟4:輸出現(xiàn)有最優(yōu)結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度測向陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于步驟3中所述的“對由性能參數(shù)G和旁瓣或柵瓣高度來表征的陣列進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)”的具體步驟如下；步驟3. 1 設(shè)置最大迭代次數(shù)M，設(shè)置N-2維待優(yōu)化變量Iv1, V2,…，vN_2}，這些變量分別與陣元位置dpi = 1,2,…，N-2相對應(yīng)，設(shè)置總迭代次數(shù)k = 0，設(shè)置現(xiàn)有最優(yōu)結(jié)果數(shù)目 M = 1，其對應(yīng)的待優(yōu)化變量為任意值，對應(yīng)的陣列結(jié)構(gòu)為任意值，其對應(yīng)的陣列性能參數(shù)G 為0，其對應(yīng)的旁瓣或柵瓣高度為無窮大；步驟3. 2 用粒子群算法或蟻群算法或遺傳算法生成新的變量； 步驟3. 3 根據(jù)生成的新變量計(jì)算優(yōu)化的陣元位置；步驟3. 4:由式(4)計(jì)算陣列性能參數(shù)G，由式(6)的主極大值與次極大值計(jì)算方向圖旁瓣高度；
3.根據(jù)權(quán)利要求1 2任一所述的一種高精度測向陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于 步驟3. 3中所述的“根據(jù)生成的新變量計(jì)算優(yōu)化的陣元位置”的具體步驟為步驟3. 3. 1 對所有待優(yōu)化變量取絕對值，并計(jì)算總和s = abs (V1) +abs (V2) +··· +abs (vN_2)，其中abs ()為取絕對值函數(shù)；步驟 3. 3. 2 計(jì)算各陣元間距 Adi = DXabS(Vi)/S+dmin，i = 1，2，，N-2 ；步驟 3.3.3 計(jì)算各陣元位置屯=Δ Cl1+Δ d2+··· +Δ dpi = 1，2，^2，令(1。= 0, d^ =dmax °
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3任一所述的一種高精度測向陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其特征在于 步驟3. 5中所述的“將步驟3. 4取得的所有結(jié)果加入現(xiàn)有最優(yōu)結(jié)果中，然后逐個(gè)結(jié)果對比， 保留最優(yōu)結(jié)果”的具體步驟為步驟3. 5. 1 計(jì)算現(xiàn)有最優(yōu)結(jié)果數(shù)目L，設(shè)置臨時(shí)最優(yōu)結(jié)果為空集，設(shè)置序號1 = 1; 步驟3. 5. 2 如果現(xiàn)有最優(yōu)結(jié)果中存在一個(gè)或多個(gè)結(jié)果的性能參數(shù)G大于第1個(gè)結(jié)果的性能參數(shù)，且它(們)的旁瓣或柵瓣高度低于第1個(gè)結(jié)果的旁瓣或柵瓣高度，轉(zhuǎn)步驟 3. 5. 4 ；步驟3. 5. 3 將現(xiàn)有最優(yōu)結(jié)果中第1個(gè)結(jié)果加入臨時(shí)最優(yōu)結(jié)果； 步驟3. 5. 4:令1 = 1+1，如果1 <=L轉(zhuǎn)步驟3. 5.2; 步驟3. 5. 5 用臨時(shí)最優(yōu)結(jié)果替換現(xiàn)有最優(yōu)結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于波達(dá)估計(jì)的陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。通過對陣元位置的優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)非等距陣列的布置，包括確定最小陣元間距dmin，最大陣元位置dmax，所用陣元數(shù)N；計(jì)算陣列可調(diào)布陣距離D＝dmax-(N-1)dmin；對由性能參數(shù)G和旁瓣或柵瓣高度來表征的陣列進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；輸出現(xiàn)有最優(yōu)結(jié)果等幾大步驟。本發(fā)明方法通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證陣元間距不小于某一特定值條件下，使測向陣列在測向精度與空間譜偽峰高度之間達(dá)到最優(yōu)化，選用該方法設(shè)計(jì)的合適陣列可以在較少陣元條件下同時(shí)實(shí)現(xiàn)較低的空間譜偽峰與較高測向精度，并能使陣元間距突破半波長限制，以減小陣元間互耦效應(yīng)，提高測向精度，也為增大陣元孔徑探測更微弱信號預(yù)留一定空間，提供了一種行之有效的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
文檔編號G01S3/00GK102353930SQ20111016642
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月20日
發(fā)明者劉志強(qiáng), 王國華, 馬紅光 申請人:中國人民解放軍第二炮兵工程學(xué)院