具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明，本发明所提供的方法适用于以线性调频脉冲信号为发射信号的相控阵雷达。

如图1所示，一种近场空间网状结构聚焦波束形成方法，包括以下步骤：

步骤S1、确定雷达天线系统参数，所述雷达系统包含1个发射阵元和M个接收阵元，发射阵元为有向天线，M个阵元的方向图为各向同性全向天线，雷达发射信号为波长为λ的线性调频信号S(t)；

所述雷达的发射信号S(t)为：

其中f₀为载波频率，μ为调频斜率，T_p表示脉冲宽度；

步骤S2、将M个接收阵元划分为N个子阵，每个子阵由L个阵元组成，设定第一个子阵为参考子阵，设定参考子阵的第一个阵元为参考阵元，设目标中心至参考阵元的距离为R₀，在此距离上发射波束覆盖的空域里等间隔的划分Q个点，形成一个网状结构，则每个点均反射雷达发射的信号，且每个点所反射的信号均为波长为λ的线性调频宽带信号，每个点所反射的信号具有不同的延时；

步骤S3、根据每个子阵相对参考子阵的延时和每个阵元相对参考阵元的延时,得到第n个子阵(n＝1…N)中第l个阵元(l＝1…L)的第q个点(q＝1…Q)的回波信号然后对每个子阵的阵元进行模拟求和，形成第n个子阵的第q个点的回波信号

第n个子阵的第q个点的回波信号通过以下具体方法得到：

以第一个子阵的第一个阵元为参考点建立空间直角坐标系，则第l个阵元的空间位置为(x_l,y_l,z_l)，l∈{1,2,…,M}，N个子阵的空间位置分别为(x_n,y_n,z_n)，n∈{1,2,…,N}，参考子阵的空间位置为(x_a,y_b,z_c)；

由于目标相对雷达天线参考阵元的距离为R₀，那么其延时为假设第q个点对应的空域方位角为θ_q，俯仰角为则第q个点的坐标为

距离雷达R₀处的第q个点的反射体到第l阵元的距离记为r_l,

其到参考阵元的距离记为r₁，

则第1个阵元接收到的信号相对于参考阵元的相对包络延迟为τ_l,1，其中c为光速；

同理，距离雷达R₀处的第q个点的反射体到第n个子阵的距离记为r_n，

其到参考子阵的距离为r₁'，

那么第n个子阵接收到的信号相对于参考子阵的包络延迟为τ_n,1，

根据子阵相对参考子阵的包络延迟τ_n,1和阵元相对参考阵元的包络延迟τ_l,1，并以目标中心至雷达天线的距离为R₀时为时间参考点，则第n个子阵(n＝1,2…N)中第l个阵元(l＝1,2…L)的第q个点(q＝1,2…Q)的回波信号可以表示为

对每个子阵内的阵元进行模拟求和，即形成第n个子阵第q个点的信号

步骤S4、设定目标中心至雷达天线参考阵元的距离为R₀时为时间参考点，设发射样本延时为τ₀(τ₀≈τ_r)，其相对于参考子阵和时间参考点的延时误差为Δτ₀，设S₀(t)为参考信号，则有

步骤S5、将与参考信号S₀(t)的共轭S₀ ^*(t)做去斜脉冲压缩处理，得到所有接收子阵脉冲压缩后的回波信号

所述步骤S5中，以参考信号的共轭S₀ ^*(t)对信号做去斜脉冲压缩后，得到的所有接收子阵脉冲压缩后的信号如下式所示：

步骤S6、对第n个子阵接收到的回波信号进行孔径渡越补偿，获得N个子阵的第q个点孔径渡越补偿后信号向量B^q(t)，

步骤S6中，对子阵接收到的信号进行孔径渡越补偿，获得N个子阵的第q个点孔径渡越补偿后的信号向量B^q(t)的具体方法如下：

根据步骤S5得到的子阵接收信号以参考子阵的数据作为参考数据，其余子阵的数据分别与参考数据的共轭相乘，以子阵2为例，结果如下：

其中频率值f＝2πμ(τ_1,1-τ_2,1)；

相位值

从上式可以看出，孔径渡越主要是由子阵相对参考子阵的时间延迟引起的，只要完成时间延迟的补偿就可以完成孔径渡越补偿；

由于设定第一个子阵为参考子阵，参考信号S₀(t)变换为：

对目标的回波信号进行去斜处理有：

此时频率值f₁＝2πμ(Δτ₀-τ_l,1)，相位值为去斜处理后的频率值与子阵通道号无关，频率偏移得到有效补偿；

相位值的最后一项与子阵通道号有关，可用处理后的最大频率值的最大相位对各子阵通路相位项进行补偿，即

实际中2πμτ_n,1(Δτ₀-τ_l,1)很小，它对系统带来的损失可以忽略，

因此，N个子阵的第q个点孔径渡越补偿后的接收信号向量B^q(t)即为：

步骤S7、根据步骤S4得到的孔径渡越补偿后的信号B^q(t)，将B^q(t)与第q个点的N维权向量相乘，即在q点聚焦形成波束，同理，分别得到Q个点补偿后的信号与对应的N维加权向量W(t)，其中W(t)＝[W¹(t)…W^q(t)…W^Q(t)]^T,即可分别在Q个点聚焦形成空间网状波束覆盖整个发射空域；

所述步骤S7中，根据各个点的孔径补偿后的信号与N维加权向量相乘在Q个点聚焦形成空间网状波束，其具体方法如下：

各个阵元为全向天线，N个子阵的空间位置分别为(x_n,y_n,z_n)，n∈{1,2,…,N}，对N个子阵分别进行数字加权在q点聚焦形成波束，第q个点的坐标为(x_q,y_q,z_q)，那么第q个点与第个n子阵之间的距离d_n为：

则N个子阵的数字加权为：

其中T表示转置操作，表示第n个子阵的数字加权，那么对于距离雷达R₀处的第q个点聚焦形成的波束输出可以表示为：

因此根据Q个点补偿后的信号B(t)＝[B¹(t)…B^q(t)…B^Q(t)]和与其对应的N维加权向量W(t)，其中W(t)＝[W¹(t)…W^q(t)…W^Q(t)],可分别在Q个点聚焦形成空间网状波束覆盖整个发射空域；

t时刻形成在Q点聚焦形成的空间网状波束的输出表达式为：

y(t)＝B(t)*W(t)＝[y¹(t)y²(t)…y^q(t)…y^Q(t)]

本发明的原理如下：

图2是雷达线阵时延补偿几何模型，以第一个阵元作为参考阵元，根据各个阵元接收到的信号相对参考阵元的延时进行相应的补偿可以得到聚焦波束的输出；

图3是本发明空间网状聚焦波束形成：首先，雷达阵面接收目标回波信号，获得多路回波信号，根据发射信号进行时延控制得到参考信号，参考信号与回波信号进行去斜处理，通过高速模数转换器件对各路信号进行转换，从模拟信号转变为数字信号；在数字域完成低通滤波、正交下变频以及降采样率等部分，随后通过延时差加到回波信号中进行补偿，完成多通道接收延时处理后，再进行通道间的相位补偿即可完成孔径渡越补偿，然后对每个子阵施加一个权值聚焦形成多个空间网状波束覆盖多个目标。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围；这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本发明未详述部分为现有技术。