[发明专利]一种任意曲面阵的波束控制机构的控制方法

说明书

本发明提供了一种任意曲面阵的波束控制机构的控制方法，旨在控制任意曲面相控阵天线单元幅相值实现目标波束扫描和旁瓣抑制。波束控制系统根据设置的方位、仰角、频率信息计算各个通道所需的移相值和衰减值，计算采用先投影后幅度加权的方法，建立以波束扫描方向为法向量，过扫描方向上一点的投影平面，曲面阵各通道单元相位中心到投影平面的距离可以表征各通道在波束扫描方向上的空间相位差，改变各通道移相器的移相值补偿空间相位差，实现波束扫描，另外可以根据各通道相位中心投影点的位置进行幅度加权实现旁瓣抑制。本发明提出的这种计算方法使得对任意曲面阵配相的计算复杂度大幅降低，从而减少了FPGA的占用资源，是对现有波控方法的改进。

技术领域

本发明是一种任意曲面阵的波束控制机构的控制方法，涉及通信领域，尤其涉及相控阵天线技术。

背景技术

相控阵天线是用电子控制的方式实现波束指向快速转换，使天线波束具有快速扫描能力。相控阵天线按天线波束在空间角度上扫描维度的划分可以分为一维相控阵天线和两维相控阵天线，一般的两维相控阵天线为平面相控阵天线，然而由于平面相控阵天线扫描角度的局限性，工程上一般采用不同的曲面形相控阵天线，比如圆柱形相控阵天线可以实现在方位角上0-360度的全方位覆盖。

相控阵天线波束指向的改变主要由波束控制系统实现，波束控制系统根据不同的波束指向要求，生成各个通道的移相器和衰减器的控制信号。波束控制首先需要完成天线各通道移相量的计算，目前已有的配相计算方法往往计算复杂，计算量大，特别是对于不同的曲面形相控阵天线。

发明内容

技术问题：有鉴于此，本发明提出了一种任意曲面阵的波束控制机构的控制方法，能够解决克服现有技术中存在的计算量大和占用资源多的问题和缺陷。

技术方案：本发明的一种任意曲面阵的波束控制机构的控制方法为：波束控制机构根据先投影后幅度加权的波控算法来计算特定目标信息上相控阵各通道单元所需的理论幅相值，从而实现波束扫描和旁瓣抑制；包括以下步骤：

步骤1.建立目标方向的投影平面，将相控阵各通道单元的相位中心投影到该平面上；

步骤2.计算各通道单元相位中心到投影平面的距离，根据投影距离计算各通道单元需要补偿的阵内相位差，完成波束扫描；

步骤3.根据各通道单元相位中心在投影平面投影点距离中心点的距离计算各通道需要的幅度加权系数，实现旁瓣抑制。

其中，所述的波束控制机构计算特定目标信息包括方位角、俯仰角目标位置信息和频率信息。

所述理论幅相值用到的先投影后幅度加权的波控算法中，建立以曲面阵中心为原点的直角坐标系，并生成以目标位置的单位方向矢量为法向量(A,B,C)，过方向矢量上一点(x₀,y₀,z₀)的投影平面A(x-x₀)+B(y-y₀)+C(z-z₀)＝0。

所述各通道单元相位中心到投影平面的距离为：

其中，曲面阵上各通道单元的相位中心记为(x_m,y_m,z_m)，其中m＝1,2,…,M，M为曲面阵通道的最大单元数；D_m为曲面阵第m个通道单元的相位中心到投影平面的距离；A,B,C为目标方向的单位矢量。

所述根据投影距离计算各通道单元用来补偿空间相位差的阵内相位差为：

其中，Δφ_mn是曲面阵第m个通道单元与第n个通道单元在投影方向上的空间相位差；ΔD_mn是曲面阵第m个通道单元与第n个通道单元在投影方向上的空间距离差；λ是波长。