一种双洞互质阵列天线结构

技术领域

本发明属于阵列天线布局的领域，具体涉及一种双洞互质阵列天线结构。

背景技术

传统天线布局受到半波长的限制，即阵元间距要小于半波长，因此，在天线数一定的情况下，天线的孔径受到了限制。同时，小阵元间还会导致较强的天线单元间的互耦效应。另外，传统波达方向估计算法可识别的目标数，受限于物理阵列中的天线阵元数目，即自由度。当目标数超过天线阵元数时，很多算法将会失效。

当前，一种被称为互质阵的天线结构布局受到了广泛的关注，其阵元间距突破了半波长的限制，使得天线孔径得到极大的扩展、减弱互耦效应并且能获得很好的角度估计性能的提升，以及可识别目标数的增加。但是已有互质阵产生的差共阵(Difference co-array)，即虚拟阵，存在的洞导致可获得的自由度损失很多。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种双洞互质阵列(Coprime array with atwo-hole difference co-array，CATHDC)天线结构，该天线结构由四个稀疏子阵构成，在总的天线数相同的情况，能够获得比已有互质阵列更多的自由度、能够更有效地减弱互耦效应和能够获得更好的角度估计性能和空间分辨率。本发明的CATHDC天线结构具有简单的布局方式、更高的自由度和更好的角度估计性能的优势，可以应用于无线通信、声呐、定位等领域中。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双洞互质阵列天线结构，其特征在于：天线结构由四个稀疏子阵组成，阵元总数为T，各稀疏子阵的阵元数分别为N、

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，天线结构中的阵元位置为

进一步地，阵元数为N的稀疏子阵的阵元间距为Mλ/2，阵元位置集合为

进一步地，阵元数为

进一步地，阵元数为

进一步地，阵元数为M的稀疏子阵的阵元位置集合为

本发明的有益效果是：

1、大大填充了互质阵差共阵中的洞，使得其只有两个洞，从而获得更高的自由度；

2、减少了小阵元间距的天线单元数量，从而减弱了天线阵列中的互耦效应；

3、只需要设计构造两个子阵，具有天线布局灵活且简单的特点；

4、该天线布局能获得更好的角度估计性能和空间分辨率。

附图说明

图1a是双洞互质阵列CATHDC天线结构示意图，其中N＝8，M＝3和T＝17；图1b为嵌型互质阵列产生的差共阵结构。

图2是考虑互耦效应时，不同稀疏阵列结构获得角度估计性能随着互耦系数幅值|c

图3是考虑互耦效应时，不同稀疏阵列结构获得角度估计性能随着SNR变化的结果，其中目标数K＝16，DOA值θ

图4是不考虑互耦效应时，不同稀疏阵列结构获得角度估计性能随着快拍数变化的结果，其中目标数K＝16，DOA值θ

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。

本发明公开了一种双洞互质阵列(Coprime array with a two-hole differenceco-array，CATHDC)天线结构，该结构由四个稀疏子阵组成，阵元总数为T，天线数分别为N、

表1给出了本专利所需相关稀疏阵列结构的参数，包括阵列布局、连续DOF(uDOF)、权函数w(1)，w(2)，w(3)和耦合率，其中TCA表示去冗余互质阵(thinned coprime array)、kECA为k次扩展互质阵(k-time extended coprime array)、CCA为补互质阵(complementary coprime array)、NA为二级嵌套阵(nested array)、SNA2为三阶超级嵌套阵(2-order super nested array)、ANA-I1为一型1号增强嵌套阵(I1 augmented coprimearray)和ANA-I2为一型2号增强嵌套阵(I2 augmented coprime array)。

表1稀疏阵列结构的参数

一、数据模型

如图1所示的是一个CATHDC天线结构的例子，其中N＝8，M＝3和T＝17。在平面几何中，假设K个角度为θ

x(l)＝As(l)+n(l)

其中

其中ν

接收信号的协方差矩阵为

在这部分，本专利假设信源为不相关的，即

在稀疏阵列信号处理中，通过物理阵列产生的差共阵可以构建一个增广的虚拟阵列以提供更多的DOF。

对于一个阵元位置集合为

连续差共阵

对于一个物理阵列，总DOF被定义为差共阵

为了构建虚拟阵列获得的等效接收信号，可以对R

其中B＝[b(ν

本专利给出的CATHDC天线结构可以给出2H

二、互耦效应

两个天线单元之间的互耦系数c

其中[C]

互耦系数与天线单元之间的距离有相关性，本专利引入一个权函数更直观地展示物理阵列中的互耦。首先引入一个由阵元间距为s的全部阵元对构成的集合

对于阵元位置集合为

其中w(s)表示阵元间距为s的阵元对的数量。

本专利给出的CATHDC天线结构中，

w(1)＝1，w(2)＝3，w(3)＝N-1

物理阵列的耦合率定义为

此处给出了表1中给出的阵列结构在互耦效应情况下的DOA估计值性能与c

另外，给出了不同稀疏阵在c

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。