相控阵(PA)已被广泛应用,因为它可以电子扫描所需的方向定向高收益( 1]。考虑到束流控制相控阵股票同样的获得所有的细胞在一个固定的角度,很难相控阵处理range-dependent目标指示以及range-dependent干扰抑制。解决当前需要更多的自由度,灵活的数组叫做频率不同的数组(FDA)提出( 2]。通过一个微小的频率偏移在数组元素,FDA生成一个传输beampattern range-angle-dependent和时变( 3]。它让更多的自由度在尺寸范围 4]。

由于range-angle-dependent能力,FDA在雷达和导航(具有特殊的应用潜力 5- - - - - - 7]。近年来许多研究FDA已经提出( 8- - - - - - 17]。许多研究者把他们的勘探摆脱FDA的缺点beampattern射程角等耦合( 18- - - - - - 20.和时变 21, 22]。射程角的使用属性,许多方法都提出了FDA在射程角二维定位( 23, 24和mainlobe欺骗性干扰抑制 25, 26]。此外,美国食品和药物管理局利用结合先进的雷达系统,如多输入多输出(MIMO)雷达( 27, 28)和认知雷达( 29日, 30.为提高性能。在[ 18),一个新的FDA提出方案与对数增加频率偏移,和目标可以位于一个最大值。与非均匀间隔均匀对称的FDA提出了频率补偿形成range-angle-decoupled beampattern [ 19]。采用粒子群优化算法来优化确定的频率偏移和元素间距,铅笔beampattern设计方法,提出了在射程角维度也有较低的旁瓣 20.]。的方法实现定常beampattern FDA使用时间频率偏移(TDFO)提出了 21]。在[ 22),一个FDA计划使用time-modulated优化频率偏移(TMOFO)提出了实现定常集中beampatterns空间好。为目标射程角定位,定位系统相结合subarray-based FDA和full-band FDA提出( 23]。在[ 24),FDA本地化使用两阶段估计量的方法,和定位性能进行了分析和讨论。利用FDA-MIMO雷达,一个子空间projection-based样本选择方法提出了缓解mainlobe欺骗性干扰抑制问题[ 25]。提出了一种方法利用非齐次样品检测FDA-MIMO的欺骗性干扰抑制mainlobe [ 26]。FDA结合MIMO,接头的性能范围,角度,分析了多普勒估计( 27]。基于FDA-MIMO Cramer-Rao下界(CRLB)和均方误差(MSE)表达式派生( 28]。利用认知雷达的优势与态势感知和FDA range-angle-dependent beampattern,认知FDA雷达提出了态势感知( 29日]。认知传输波束形成方案使用FDA-MIMO提出了提高低截获概率(LPI)能力( 30.]。对于联合雷达和通信应用程序,一个range-angle-dependent beampattern设计方法采用FDA提出零深度控制( 31日]。

根据分析( 32, 33),大部分方法的beampattern FDA不考虑信号传播延迟和时间范围的关系。考虑的时间范围的关系是至关重要的( 33[],研究 32]修正并作出突出贡献的时间范围和frequency-phase关系的关系。然而,在我们的新推导的食品及药物管理局( 17),我们发现的校正 32)是重要但不全面。信号模型不能纠正依赖减去传播距离造成的延迟时间,和range-angle-dependent传输beampattern是FDA雷达没有说服力,导致现有的无效range-angle-decoupled beampattern设计方法。此外,我们还发现,提出的方法( 34, 35)是一个有效的措施来消除接收beampattern时间参数。消除的关键是采用一系列的搅拌机和匹配滤波器接收机。同样,就业FDA-MIMO雷达和多个匹配滤波器接收机也可以产生一个beampattern没有时间参数的影响( 25, 26]。此外,传输beampattern应该是相当于传输beampattern接收机,range-angle-dependent定常。

本文基于MIMO和多个匹配滤波器技术,一个新的FDA计划与汉明窗加权线性频率增量算法。不同于现有的方法,FDA使用汉明窗口频率补偿的beampattern是时变的,对称的,我们的方案给出了一个解决问题的时间方差和提供了一个解耦range-angle-dependent beampattern窄mainlobe和低旁瓣水平。与现有的食品及药物管理局系统相比,优势在beampattern方案的性能进行了分析。

本文的其余部分组织如下。部分 2介绍了使用FDA-MIMO提出的理论分析框架。beampattern设计方法和条件相等的比较与其他现有的设计方法提出了部分 3。数值结果和讨论部分所示 4。最后,结论部分 5。

根据( 32),脉冲的数组因素FDA应该表示为(参考表我在 32]) (1) 房颤 = 矩形 t − r n / c T p e j 2 π f 0 t − r 0 / c ∑ n = 0 N − 1 e j 2 π f 0 n d 罪 θ / c + n Δ f t − r n / c = 矩形 t − r n / c T p ∑ n = 0 N − 1 e j 2 π f 0 t − r n / c + n Δ f t − r n / c , 在哪里 T p 脉冲持续时间, c 是光速, r n 表示目标和之间的距离 n th元素, f 0 代表了载波频率, d 元件间的间距, Δ f 是频率偏移。注意,根据( 1),这个词 矩形 t − r n / c / T p e j 2 π f 0 t − r n / c + n Δ f t − r n / c 受限于 t ∈ r n / c , r n / c + T p 。每个元素之间的相位差和参考元素(如 矩形 t − r n / c / T p e j 2 π f 0 t − r n / c + n Δ f t − r n / c 和 矩形 t − r 0 / c / T p e j 2 π f 0 t − r 0 / c )变成了0。想象相控阵的原理,也就是说, Δ f = 0 ;数组因子( 1)成为 (2) 房颤 = ∑ n = 0 N − 1 r 等 t − r n / c T p e j 2 π f 0 t − r n / c 。

同时,每个元素之间的相位差和参考元素(如 矩形 t − r n / c / T p e j 2 π f 0 t − r n / c 和 矩形 t − r 0 / c / T p e j 2 π f 0 t − r 0 / c )变成0,这意味着相控阵的阵列因子与角度无关参数,导致为相控阵angle-independent属性。很明显,这是不符合相控阵雷达的工作原理。所以,我们再分析了FDA的基本信号模型;更详细的分析是反映在 17]。校正后,脉冲FDA的阵列因子可以表示为 (3) 房颤 食品及药物管理局 = 矩形 t − r 0 / c T p e j 2 π f 0 t − r 0 / c ∑ n = 0 N − 1 e j 2 π n f 0 d 罪 θ / c + Δ f t − r 0 / c 。

注意,在( 3), t − r 0 / c = t ′ 是指数在雷达脉冲的时间是有限的 t ′ ∈ 0 , T p 和实际的时间 t 包含了传输延迟 τ 并在雷达脉冲时间指数 t ′ ,也就是说, t = τ + t ′ 。这是确切的了解时间范围的关系。当涉及到相控阵,可以写成数组因素 (4) 房颤 巴勒斯坦权力机构 = 矩形 t − r 0 / c T p e j 2 π f 0 t − r 0 / c ∑ n = 0 N − 1 e j 2 π n f 0 d 罪 θ / c 。

然后,相位差 2 π n f 0 d 罪 θ / c 角与参数有关,与相控阵雷达的理论是一致的。续集,我们发现有一种误解在FDA的原始信号模型,因此校正( 32)很重要,但不是全面的,因为FDA需要纠正的原始信号模型的范围,而不是只和多个匹配滤波器接收机应采用创建和利用可用range-dependent FDA的属性。

我们考虑一个MIMO雷达;发射阵列和接收阵列都是均匀线性阵列。传输数组元素的数量和接收数组元素 米 和 N ,分别。载波频率 f 0 和传输元件间的间距 d T 和接收元件间的间距 d R 都是半波长。FDA-MIMO如图的配置 1。

第一个元素作为参考元素,传输的信号 米 可以表示为th元素 (5) 年代 米 t = φ 米 t 经验值 j 2 π f 0 + Δ f 米 t , 在哪里 Δ f 米 相对应的频率偏移 米 th元素和 φ 米 t 地下室正交调制波的吗 米 应该是满意的th元素 (6) ∫ φ 米 1 ∗ t ⋅ φ 米 2 t − τ e j 2 π Δ f 米 1 − Δ f 米 2 t d t = 0 , 米 1 ≠ 米 2 , ∀ τ , 在哪里 ∗ 是共轭的操作。因此,对于一个远场目标位于范围 r 和角度 θ 。根据FDA关于时间的校正分析( 17)和FDA-MIMO雷达框架( 25),接收的信号 n th元素的 米 传输数组元素可以写成 (7) x r , 米 , n t − 2 r / c = ξ r φ 米 t 经验值 j 2 π f 0 + Δ f 米 t − τ 米 , n , 在哪里 ξ r 是信号的复杂系数, τ 米 , n 的时间延迟吗 米 传输数组元素 n th接收元素,它可以给出的 (8) τ 米 , n = τ 0 − d T 米 罪 θ / c − d R n 罪 θ / c , 在哪里 τ 0 = 2 r / c 是参考时间延迟对发送和接收的参考元素。请注意, t − 2 r / c = t ′ 是指数在雷达脉冲的时间是有限的 t ′ ∈ 0 , T p 。然后,接收的信号 n 接收元素可以表示为 (9) x r , n t = ∑ 米 = 0 米 − 1 ξ r φ 米 t 经验值 j 2 π f 0 + Δ f 米 t − τ 0 + d T 米 罪 θ / c + d R n 罪 θ / c 。

在接收机信号处理链中,接收到的信号混合在一起 e j 2 π f 0 t 在一个模拟装置,然后混合 e j 2 π Δ f 米 t 在数字设备,和匹配过滤 φ 米 t 也在数字设备,如图 2。所以匹配滤波后,信号 (10) x 年代 , n ≈ ξ 年代 ∑ 米 = 0 米 − 1 经验值 j 2 π f 0 d T 米 罪 θ / c + d R n 罪 θ / c − Δ f 米 2 r / c , 在哪里 ξ 年代 是匹配滤波后的复杂系数。在续集中,总给出的信号 (11) 年代 ≈ ξ 年代 一个 r , θ ⊗ b θ , 在哪里 一个 r , θ 和 b θ 分别是,发送和接收指导向量,并显示为 (12) 一个 r , θ = 1 , e j 2 π f 0 d T 罪 θ / c − Δ f 1 2 r / c , ⋯ , e j 2 π f 0 d T 米 − 1 罪 θ / c − Δ f 米 − 1 2 r / c T , b θ = 1 , e j 2 π f 0 d R 罪 θ / c , ⋯ , e j 2 π f 0 d R N − 1 罪 θ / c T , 在哪里 ⋅ T 表示转置操作。因此,参数的影响的时间后可以删除这个FDA-MIMO接收机的信号处理系统。它可以观察到( 11)范围和角度信息都包含在FDA-MIMO的发射控制向量,而接收转向向量只是angle-dependent就像相控阵。如果 Δ f 米 = 0 FDA-MIMO系统是传统的分布式天线系统的简化。

传统食品及药物管理局是线性的频率偏移量逐步增加整个元素,可以表示为 (13) Δ f 米 反对 = 米 Δ f , 在哪里 Δ f 是频率增量单元。传统食品及药物管理局的传输beampattern射程角耦合,还有周期性的尺寸范围。因此,它会产生许多山峰在同一时间,这导致射程角定位困难和干扰抑制。创建一个解耦dot-shaped beampattern射程角维的,FDA框架使用对数增加频率偏移和汉明提出的基于窗口的频率偏移( 18, 19),分别。这些方法的频率补偿是否对称与否,他们的本质是非线性频率偏移会导致一个不寻常的beampattern我们可以充分利用。的频率偏移log-FDA [ 18可以表示为 (14) Δ f 米 日志 = δ ⋅ 日志 米 + 1 , 在哪里 δ 是恒定的。的频率偏移Hamming-FDA [ 19可以表示为 (15) Δ f 米 火腿 = B 0.54 − 0.46 因为 2 π 米 − 米 + 1 / 2 米 , 在哪里 B 带宽和元素的数量吗 米 应该是奇数。事实上,由于时变问题,时间范围关系传播beampattern FDA的结论( 17, 32, 33),是不可能形成一个有用range-angle-decoupled传输beampattern只是用非线性频率偏移设计方法[之类的 18, 19]。因此,同一FDA-MIMO框架和匹配滤波技术也在分析采用的传输beampattern log-FDA和Hamming-FDA避免时变的问题。值得注意的是传输beampatterns是等效传输beampatterns接收机。此外,beampatterns相等的表现与相应的传输beampatterns的瞬时时间分析( 18, 19]。建议FDA计划我们的工作是与汉明窗加权线性频率增量,可以表示为 (16) Δ f 米 = 米 Δ f 0.54 − 0.46 因为 2 π 米 − 米 + 1 / 2 米 。

它是一种改进的基于汉明窗类型和性能将在以下部分分析与现有技术进行比较。此外,它优于半功率波束宽度的log-FDA和Hamming-FDA mainlobe和旁瓣抑制。

检测目标位于范围 r 0 和角度 θ 0 ,指导向量可以表示为 (17) w = 一个 r , θ ⊗ b θ r = r 0 , θ = θ 0 。

因此,收发两用beampattern可以表示为 (18) B T , R = ∑ 米 = 0 米 − 1 经验值 j 2 π f 0 d T 米 罪 θ − 罪 θ 0 c − 2 Δ f 米 r − r 0 c 2 × ∑ n = 0 N − 1 经验值 j 2 π f 0 d R n 罪 θ − 罪 θ 0 c 2 。

因此,相当于传输beampattern接收器可以写成 (19) B T = ∑ 米 = 0 米 − 1 经验值 j 2 π f 0 d T 米 罪 θ − 罪 θ 0 c − 2 Δ f 米 r − r 0 c 2 。

这显然是观察到传输beampattern range-angle-dependent而不是随着时间的参数有关。此外,接收beampattern由 (20) B R = ∑ n = 0 N − 1 经验值 j 2 π f 0 d R n 罪 θ − 罪 θ 0 c 2 。

(21),看到的是接收beampattern只是angle-dependent就像相控阵。

鉴于上述,我们的方案可以被定性为FDA-MIMO与汉明窗加权线性频率增量。因为只有一个载波频率在每一个元素,这是类似于log-FDA Hamming-FDA, FDA提出的复杂性方法等于以前的非线性频率偏移的方法。

传统线性的频率补偿FDA、log-FDA Hamming-FDA,我们建议FDA比较如图 3。消除不公平的是,这些方法大致相同的带宽。载波频率 f 0 = 10 GHz。元素数量的传输和接收 米 = N = 15 。

目标位于20公里,20°,接收机的等效传输beampatterns后利用多个匹配滤波技术的基础上,给出了上述四个FDA系统图 4。图 4(一)表明beampattern射程角传统FDA耦合的维度,这是不利的对能源的浓度。其他三种方法生成与一个beampatterns峰值位置的目标,促进目标定位和干扰抑制。

图 5(一个)比较的结果显示了半功率波束宽度的传输beampatterns log-FDA, Hamming-FDA,建议FDA。注意,建议FDA执行Hamming-FDA密切的波束宽度,比log-FDA和他们都有更好的性能。然而,Hamming-FDA的缺点是其beampattern具有较高的旁瓣。使情况变得更糟,旁瓣出现在同一角度的目标,这是一个劣势range-dependent干扰抑制。当涉及到的范围,绘制在图 5 (b)的beampattern Hamming-FDA拥有较高的旁瓣水平,而其他两个方法的范围不受欢迎的垃圾箱保持在低水平。它也可以从图观察 5 (b)该方案的距离分辨率比log-FDA要好。因此,建议FDA优于log-FDA和Hamming-FDA mainlobe的波束宽度和旁瓣水平。

值得注意的是FDA的range-dependent财产无法容易实现,这样收发两用beampattern更实用的利用。根据上述分析,得到beampattern range-independent就像相控阵,如图 6。它可以加强的能量所需的角度。与此同时,收到不感兴趣方向的信号可以被削弱。

利用MIMO技术,这些三种FDA的收发beampatterns图所示 7。从图可以看出 7这三种方法可以生成一个range-angle-decoupled beampattern。与前两个方法,我们的方案会产生更多聚焦beampattern mainlobe窄,well-performed旁瓣水平。半功率波束宽度的比较结果也提出了演示我们的方案的表现比其他两种方法在射程角占领的区域,如图 8。

总之,使用适当的FDA-MIMO系统与多个匹配过滤器,range-dependent属性可以完全应用没有时间参数的影响。此外,FDA提出框架优于log-FDA和Hamming-FDA半功率波束宽度mainlobe和旁瓣抑制。因此,它具有更好的检测精度为目标,以及较强的干扰抑制能力mainlobe干扰从同样的角度但不同的范围和所需的位置。此外,range-angle-dependent的性质使它容易引导目标在射程角域。

本文利用MIMO技术和多个匹配滤波器接收机,FDA的range-dependent财产可以充分利用雷达没有时间参数的影响。此外,利用非均匀频率偏移时,一个新的FDA建立框架。频率偏移是汉明窗加权线性增加,和数组元素是统一的线性空间。提出系统可以生成一个锋利的研究所beampattern较低的副瓣电平范围,促进应用程序的目标信号和干扰抑制方面的范围。此外,与现有的FDA在等效传输beampattern接收器和收发两用beampattern,该方案具有更好的性能对mainlobe波束宽度和旁瓣水平。