[发明专利]一种相控阵天线波控算法

说明书

本发明公开了一种相控阵天线波控算法，属于相控阵天线技术领域。其用于通过k位数字移相器对由M×N个天线单元均匀排布所构成的相控阵天线中的第(m,n)个天线单元进行相对于第(0,0)个天线单元的移相。该算法采用舍整取余的方法，只计算小数位，避免了大量的冗余计算，占用计算资源少，能在较短时间内解算出各天线单元的相位控制码，极大地提高了波束控制系统的动态性能，是对现有技术的一种重要改进。

技术领域

本发明涉及相控阵天线技术领域，特别是指一种相控阵天线波控算法。

背景技术

现代通信中，高速动载体姿态变化快，若使安装在载体上的卫星通信相控阵天线在大动态条件下能够实时不间断地跟踪卫星信号，则相控阵天线的波束需具备快速扫描能力。

由相控阵天线方向图函数可知，通过改变阵列天线中相邻天线单元之间的相位差，即可实现相控阵天线的波束扫描。现有技术中，改变相控阵天线单元之间相位差的方法有很多，如改变信号频率f，传输路径l以及传输速度v均可实现信号相移。通过改变信号频率的方法通常用于频率扫描阵列中，而通过改变传输路径或传输速度的方法是相扫天线普通采用的相移方法。

目前，卫星通信相控阵天线中常采用开关线式数字移相器来实现相移，因此，在已知波束指向角的条件下，如何快速解算出各个天线单元通道中数字移相器的相位控制码，是实现相控阵天线波束捷变功能的关键技术之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种相控阵天线波控算法，其能够快速解算出k位数字移相器的二进制移相码，运算过程简单，运算效率高。

基于上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种相控阵天线波控算法，其用于通过k位数字移相器对由M×N个天线单元均匀排布所构成的相控阵天线中的第(m,n)个天线单元进行相对于第(0,0)个天线单元的移相，包括以下步骤：

步骤1，以二进制方式分别计算行步进移相码α和列步进移相码β，其中，α和β满足如下关系：

式中：为光速的倒数，f为信号频率，d_x为相控阵天线的x向间距，d_y为相控阵天线的y向间距，θ和共同构成相控阵天线在球坐标系中的扫描角其中θ的取值范围为0°～90°，的取值范围为0°～360°；[]_B表示以相应精度取括号内十进制数的无符号16位二进制形式表示码，其中，表示2^-34精度下的16位二进制有效数字，[f]_B的十进制精度为1MHz，[d_x]_B和[d_y]_B的前5位为整数位、后11位为小数位，十进制精度为2^-11毫米；[]_B补表示以相应精度取括号内十进制数的有符号16位二进制形式表示码的补码，其中，[sinθ]_B补、和的第1位均为符号位，第2位均为整数位，后14位均为小数位；表示对括号内的各二进制码以字面量形式进行算术相乘，然后将得到的二进制数以二进制码看待，若的符号位为0，则对得到的二进制码取原码，若的符号位为1，则对得到的二进制码取补码；表示对括号内的各二进制码以字面量形式进行算术相乘，然后将得到的二进制数以二进制码看待，若的符号位为0，则对得到的二进制码取原码，若的符号位为1，则对得到的二进制码取补码；

步骤2，在考虑小数点位置的情况下将行步进移相码α和列步进移相码β视作二进制小数，分别按照四舍五入法截取行步进移相码α对应小数的小数点后k位α'以及列步进移相码β对应小数的小数点后k位β'；

步骤3，以二进制方式计算第(m,n)个天线单元相对于第(0,0)个天线单元的二进制移相码φ'_mn，其中φ'_mn满足如下关系：