[发明专利]分布式相控阵天线的子阵波束指向角度校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及分布式相控阵天线领域，具体涉及机载卫星通信中分布式相控阵天线的子阵波束指向角度校正方法。

技术背景

在机载卫星通信中，为了提高天线的增益，相控阵天线的阵元数量有时会相当庞大，甚至达到上千个阵元。如果所有阵元位于同一个平面阵面上，则相控阵天线由于尺寸过大而安装非常困难。采用分布式相控阵天线是解决上述问题的方法。分布式相控阵天线由多个子阵构成，每个子阵都是独立的相控阵天线，子阵的阵元数量和尺寸相对较小，易于安装在飞机机翼上。子阵通常采用均匀矩形平面阵列，其加权矢量决定于卫星信号相对于该阵面的入射角度，即俯仰角和方位角，该角度就是相控阵天线的波束指向角度。在矩形平面相控阵天线理论中，波束指向角度的定义是建立在阵面所在坐标系基础上的，这个坐标系通常是XY平面与阵面平面重合，阵面几何中心为原点，Z轴垂直阵面。对于机载航空电子系统，其只能提供卫星相对于机身坐标系的俯仰角和方位角，由于机翼在飞机飞行过程中，存在显著的随机变形，所以，航电系统提供的卫星角度，与卫星相对于每个子阵的角度相比，差别很大。为了获得每个子阵的波束指向角度，必须对航电系统提供的卫星角度进行校正。已有解决方法是在机翼上密集分布应力传感器，从而测量出机翼的变形，再分析子阵的指向角度。但由于机翼面积大，传感器数量多，工程实现非常困难，误差也大。

发明内容

解决上述机载卫星通信中分布式相控阵天线面临的技术问题的方法，是一种分布式相控阵天线的子阵波束指向角度校正方法。该方法实现步骤为：

第一步，机载卫星通信中飞机机翼上方分布着N个相同的相控阵天线子阵，每个子阵为均匀矩形平面阵列，N为大于1的整数，而每个子阵上都安装有一个三维电子罗盘，三维电子罗盘可以测得该电子罗盘所在子阵阵面平面相对于地面的姿态参数，即航向角，俯仰角和横滚角。

第二步，建立三个直角坐标系统：第一个直角坐标系为飞机机身坐标系X′Y′Z′，X′Y′平面为飞机机身平面，X′为从机尾指向机头的方向，Y′为俯视时从右侧机翼指向左侧机翼的方向，Z′垂直机身平面指向天空，这个坐标系为飞机航空电子系统中控制系统采用的坐标系；第二个直角坐标系是以地球为参考的直角坐标系XYZ，该坐标系的原点与机身坐标系X′Y′Z′原点重合，XY平面与水平面平行，X轴为纬度方向，指向北方，Y轴为经度方向，指向西方，Z轴为垂直水平面方向，指向天空；第三个直角坐标为子阵阵面坐标系X′′Y′′Z′′，该坐标系的X′′Y′′平面为子阵阵面平面，X′′轴和Y′′轴分别平行于矩形平面阵列的长和宽，原点在阵面几何中心，Z′′轴垂直该平面指向天空。