CN110456312B - 一种基于弧形等相位面的波束展宽方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于附加弧形相位面的波束展宽方法,属于改变相位方法,通过计算弧形相位面所对应的相位差,将其直接叠加到原有波束指向所对应的空间相位差中,即可实现波束展宽,既避免波束赋形中的循环迭代,也解决了波束展宽程度难以量化实现的问题,方法简单,参数调试容易,实时性好,普适性强,便于工程实现。
Description
技术领域
本发明属于相控阵雷达技术领域,涉及的一种基于弧形等相位面的波束展宽方法,可适用于任何相控阵体制雷达。
背景技术
相控阵体制雷达由于具有波束指向灵活、波束形状捷变等优势逐渐取代传统机械扫描体制雷达,应用于地面、舰载、机载等各种平台上。但在实际中,有时要求相控阵天线能够实现波束的展宽,如同时在指定的空间中搜索和跟踪多个目标时。目前,通常采用的方法包括两大类,一类是通过减少阵元数,另一类是基于改变相控阵天线相位实现的,基于改变相位的方法又可以分为波束赋形法和相位散焦法两种。
与波束展宽相关的现有技术中,专利CN104615854B《一种基于稀疏约束的波束展宽和旁瓣抑制方法》属于波束赋形法,采用稀疏重构来实现波束展宽和旁瓣抑制,对波束形成器的权向量做稀疏迭代,重构信号,获得更低的旁瓣,其需要做迭代处理,计算复杂。专利CN108811532B《一种弹载宽波束高增益天线》与专利CN104377428B《宽带宽波束矩形单极天线》都属于天线设计领域,通过设计工艺形成固定的较宽波束的天线。
与波束展宽相关的现有技术中,文献“一种平面相控阵天线波束展宽的优化方法”(翟丽霞、张理云,《舰船科学技术》,1995.3)中,采用相位散焦方法,其波束展宽程度取决于焦距,但二者之间的关系较难对应,工程实现性不佳。
文献“SFFT在阵列天线波束展宽技术中的应用”(陈定、牛宝君、何炳发,《现代雷达》,2008.6)中,采用波束赋形方法,利用用连续快速傅里叶变换(Successive FastFourier Transforms,SFFT)实现方向图综合,以达到波束展宽的效果,该方法需要根据目标进行迭代循环,运算复杂,不适用于需要快速实时处理的***。
文献“一种相控阵天线波束展宽方法研究”(高世超、毕红葵,舰船电子工程,2009.12)中,采用减少阵元数从而减小阵面孔径的方法,主要适合集中放大和接收的无源相控阵,对于各单元独立发射和接收的有源相控阵体制,减少阵元数会损失反射功率,从而会使探测距离下降,影响***性能。
发明内容
为避免上述背景技术中的不足之处,本发明提出一种基于弧形等相位面的波束展宽方法,通过在原有的相位面上给各阵元附加弧形相位差,实现波束展宽,满足雷达宽波束搜索、宽波束跟踪、宽波束截获等需求。
本发明的技术方案是提供一种基于弧形等相位面的波束展宽方法,包含:
以阵面中心为原点,计算第n个阵元x轴方向坐标xn,0≤n≤N-1;
确定弧度角θ;
计算得到弧形线段所对应的半径R;
计算第n个阵元的弧形相位面波达路程Ln;
计算第n个阵元的相对阵面中心的波程差σn;
完成波束展宽处理。
本发明提出一种基于附加弧形相位面的波束展宽方法,属于改变相位方法,通过计算弧形相位面所对应的相位差,将其直接叠加到原有波束指向所对应的空间相位差中,即可实现波束展宽,既避免波束赋形中的循环迭代,也解决了波束展宽程度难以量化实现的问题,方法简单,参数调试容易,实时性好,普适性强,便于工程实现。
附图说明
图1为弧形等相位面示意图。
图2为弧形等相位面半径计算示意图。
图3为弧形波达路程差计算示意图。
图4为弧形波程差仿真结果。
图5为波束展宽2倍时对应的相位差。
图6为波束展宽4倍时对应的相位差。
图7a为波束指向为0°时的波束展宽仿真结果。
图7b为波束指向为10°时的波束展宽仿真结果。
具体实施方式
本发明基于将线性等相位面变成弧形等相位面设计思想,在原有的线性空间相位差上叠加一个体现弧形波程差的附加相位差值,实现波束展宽的一种方法。
本发明提供的基于弧形等相位面的波束展宽方法,包括以下步骤:
步骤2、确定弧度角θ,θ通常取10°~30°。
步骤3、如图2所示,根据第N-1个阵元AN-1的横坐标xN-1及弧度角θ计算得到弧形线段所对应的半径(弧形等相位面对应的半径)R=xN-1/sin(θ)。
步骤5、计算得到弧形相位面第n个阵元相对阵面中心的波程差σn=Ln-R。图4为弧形波程差仿真结果。图中,横坐标为阵元坐标,纵坐标为弧度角θ为10°时阵元对应的弧形波程差。
步骤6、计算得到第n个阵元弧形波程差对应的相位差值其中λ为工作波长,Lmax为Ln(0≤n≤N-1)中的最大值,A为比例系数,用于调整波束展宽倍数。图5的示例中A取1.3,表示波束展宽2倍时对应的相位差;图6的示例中A取2.9,波束展宽4倍时对应的相位差。图中,横坐标为阵元数,纵坐标为弧形相位差。
步骤7、将弧形相位差与波束指向所决定的空间相位差相加,送给天线单元,其中,空间相位差θB为波束指向角。图7a的示例中θB=0°,该图是波束指向为0°时的波束展宽仿真结果,图7b的示例中θB=10°,该图是波束指向为10°时的波束展宽仿真结果。
完成弧形等相位面处理及波束展宽过程。
综上所述,本发明所述基于弧形等相位面的波束展宽方法,计算简单,参数调试方便,工程实现容易,且有很好的副瓣性能,可适用于任何相控阵体制雷达。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (3)
1.一种基于弧形等相位面的波束展宽方法,其特征在于,
计算得到弧形等相位面对应的半径R=xN-1/sin(θ),其中θ为弧度角;
计算第n个阵元的相对阵面中心的波程差σn=Ln-R;
完成弧形等相位面处理,实现波束展宽。
2.如权利要求1所述基于弧形等相位面的波束展宽方法,其特征在于,弧度角θ取10°~30°。
3.如权利要求1所述基于弧形等相位面的波束展宽方法,其特征在于,所述波束展宽方法用于任何相控阵体制雷达。
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