使用波束增益编码的相控阵列波束追踪制造技术

本发明专利技术涉及使用波束增益编码的相控阵列波束追踪。用于相控阵列信号波束追踪的系统包括相控阵列发射器，其可被配置成以来自多个不同发射波束角的选定发射波束角发射信号波束。该系统还包括被配置成调制信号波束的增益以产生信号波束的所得的增益轮廓的波束增益角编码组件。所得的增益轮廓包括指示在接收天线处的信号波束的偏移入射角的偏移角编码。

【技术实现步骤摘要】
使用波束增益编码的相控阵列波束追踪
本公开涉及通信、追踪信号波束，并且更具体地涉及使用波束增益编码的相控阵列波束追踪。
技术介绍
相控阵列天线用于发射和接收射频(RF)通信信号。相控阵列天线可发射到基于常规天线的接收器，反之亦然。当相控阵列天线用于通信链路的两端时，发射器和接收器均创建具有在适当方向上(相互指向)的增益的波束，并且然后在发射器和/或接收器移动或改变方向时修改该方向(使波束偏转)。这种使方向改变或移动可为发射器和/或接收器平台运动或振动、大气效应、多路径效应或其它移动的结果。相似的情况存在于当相控阵列天线只用于发射时，不同之处在于，接收器天线的偏转实际上可以机械方式完成，或者如果天线是固定天线，则天线可根本不偏转。在该后者的情况下，所有波束偏转将由与发射器相关联的相控阵列天线完成。典型示例可为具有相控阵列天线的飞行器，该相控阵列天线向卫星发射或从卫星接收传输数据并且必须通过飞行器的所有机动追踪卫星。也可为在它们都在它们各自路径上飞行时相互通信的两架直升机，其中每个具有其自身的相控阵列天线。用于接收器来追踪进入接收器的所发射信号以改进通信性能的标准方法使用信号功率，并且试图通过使相控阵列接收波束偏转或通过使天线机械地偏转来不断地最大化信号功率。当前基于功率的接收器追踪方法的缺点是，在一次只有一个信号功率测量值可用的情况下，任何损失或增益都可指示必须校正波束的方向。然而，没有波束应该偏转到哪个方向的指示。因此，典型波束偏转算法必须在其它方向上偏转，以便在这些方向上对信号功率采样，从而更新偏转矢量并且因而更新波束方向。通常，这些算法本质上将以比正确指向的波束可用的平均信号功率低的平均信号功率来追踪信号。例如，通过在3dB电平下追踪实际最大功率方向附近的两个、三个或四个点，追踪可发生在3分贝(dB)电平(一半功率)。这进而又产生“指向损失”和“增益波动”。这些波动控制着由不是通过波束指向不准确引起的传播效应、闪烁效应和多路效应引起的正常信号功率波动。增益损失和波动直接影响信号质量，因而必须在任何系统中加以考虑。因此，需要不经受这些缺点的波束追踪或偏转。
技术实现思路
根据示例，用于相控阵列信号波束追踪的系统包括相控阵列发射器，该相控阵列发射器可配置成以来自多个不同发射波束角的选定发射波束角发射信号波束。系统还包括波束增益角编码组件，该波束增益角编码组件被配置为调制信号波束的增益以产生信号波束的所得的增益轮廓或波形。所得的增益轮廓包括指示在接收天线处的信号波束的偏移入射角的偏移角编码。根据另一个示例，用于相控阵列信号波束追踪的系统包括在第一交通工具上的相控阵列发射器。相控阵列发射器可被配置成以来自多个不同发射波束角的选定发射波束角发射信号波束。系统还包括波束增益角编码组件，该波束增益角编码组件被配置成调制信号波束的增益以产生信号波束的所得的增益轮廓或波形。所得的增益轮廓包括指示在接收天线处的信号波束的偏移入射角的偏移角编码。系统还包括在第二交通工具上的第一接收器。第一接收器以实际入射角接收信号波束。系统还包括相关器，该相关器用于将接收的信号波束的所得的增益轮廓或波形与多个角编码的波形互相关，以确定接收的信号波束的偏移入射角。每个角编码的波形对应于入射信号波束的多个不同偏移入射角中的相应一个。接收的信号波束的偏移入射角对应于与接收的信号波束的波形具有最高相关性的多个角编码的波形中的角编码的波形。根据另一个示例，用于相控阵列波束追踪的方法包括调制信号波束的增益以产生信号波束的所得的增益轮廓或波形。所得的增益轮廓包括指示在接收天线处的信号波束的偏移入射角的偏移角编码。方法还包括由相控阵列发射器发射信号波束并且由第一接收器接收信号波束。方法还包括将接收的信号波束的所得的增益轮廓或波形与多个角编码的波形互相关。每个角编码的波形对应于入射信号波束的多个不同偏移入射角中的相应一个。接收的信号波束的偏移入射角对应于与接收的信号波束的波形具有最高相关性的多个角编码的波形中的角编码的波形。根据另一个示例或前述示例中的任何一个，系统包括用于接收信号波束的接收器以及相关器，该相关器用于将接收的信号波束的所得的增益轮廓或波形与多个角编码的波形互相关，以确定接收的信号波束的偏移入射角。每个角编码的波形对应于入射信号波束的多个不同偏移入射角中的相应一个。接收的信号波束的偏移入射角对应于与接收的信号波束的波形具有最高相关性的多个角编码的波形中的角编码的波形。根据另一个示例或前述示例中的任一个，系统包括被配置为确定角误差的模块。角误差为接收的信号波束的实际入射角与接收的信号波束的偏移入射角之间的差。系统另外包括发射器，其用于将角误差发射到与相控阵列发射器相关联的第二接收器。角误差用于使相控阵列发射器偏转。根据另一个示例或前述示例中的任一个，角误差被添加到由发射器发送到第二接收器的信息。根据另一个示例或前述示例中的任一个，系统另外包括波束追踪装置，该波束追踪装置被配置成根据角误差来确定相控阵列发射器的指向误差。指向误差用于使相控阵列发射器的选定发射波束角偏转以追踪第一接收器。根据另一个示例或前述示例中的任一个，系统包括射频(RF)源，并且相控阵列发射器包括从RF源接收RF信号的功率分配器。相控阵列发射器还包括多个发射器信号路径和多个天线元件。每个发射器信号路径将功率分配器通信地耦合到多个天线元件中的相关天线元件。每个发射器信号路径可被配置成以多个不同发射波束角的选定发射波束角从多个天线元件发射信号波束。根据另一个示例以及前述示例中的任一个，波束增益角编码组件在多个发射器信号路径的每个发射器信号路径中包括波束增益角编码模块和波束增益可调衰减器。波束增益角编码模块电连接到在每个发射器信号路径中的波束增益可调衰减器，以便调制每个发射器信号路径中的RF信号部分的增益，以产生信号波束的所得的增益轮廓。根据另一个示例或前述示例中的任一个，系统还包括波束振幅控制模块和波束相位控制模块。每个发射器信号路径包括波束振幅可调衰减器。波束振幅控制模块电连接到在每个发射器信号路径中的波束振幅可调衰减器。每个发射器信号路径还包括可调移相器。波束相位控制模块电连接到在每个发射器信号路径中的可调移相器。波束振幅控制模块控制每个发射器信号路径中的RF信号部分的振幅，并且波束相位控制模块控制每个发射器信号路径中的RF信号部分的相位以便以选定的发射波束角从多个天线元件发射信号波束。根据另一个示例或前述示例中的任一个，波束增益角编码模块结合到波束振幅控制模块中，以便调制每个发射器信号路径中的RF信号部分的增益，以产生信号波束的所得的增益轮廓。根据另一个示例或前述示例中的任一个，偏移角编码使用直接序列扩频(DSSS)类型编码或码分多址(CDMA)类型编码。根据另一个示例或前述示例中的任一个，信号波束的偏移入射角相对于接收天线的视准轴或与接收天线的接地平面垂直的线来确定。已经讨论的特征、功能和优点可在各种示例中独立实现，或者可在其它示例中组合，特征、功能和优点的进一步细节可参考以下描述和附图而知晓。附图说明图1是根据本公开的示例的用于使用波束增益编码的相控阵列波束追踪的系统的示例的示意性框图。图2是根据本公开的示例的用于使用波束增益编码的相控阵列波束追踪的相控阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于相控阵列信号波束追踪的系统(100)，所述系统(100)包括：相控阵列发射器(102)，其可配置成以来自多个不同发射波束角(108)的选定发射波束角(106)发射信号波束(104)；以及波束增益角编码组件(111)，其被配置成调制所述信号波束的增益以产生所述信号波束的所得的增益轮廓(112)，所述所得的增益轮廓包括指示在接收天线(118)处所述信号波束的偏移入射角(116)的偏移角编码(114)。

【技术特征摘要】
2016.12.09 US 15/374,4481.一种用于相控阵列信号波束追踪的系统(100)，所述系统(100)包括：相控阵列发射器(102)，其可配置成以来自多个不同发射波束角(108)的选定发射波束角(106)发射信号波束(104)；以及波束增益角编码组件(111)，其被配置成调制所述信号波束的增益以产生所述信号波束的所得的增益轮廓(112)，所述所得的增益轮廓包括指示在接收天线(118)处所述信号波束的偏移入射角(116)的偏移角编码(114)。2.根据权利要求1所述的系统，还包括：第一接收器(120)，其用于接收所述信号波束；以及相关器(122)，其用于将所述接收的信号波束的所述所得的增益轮廓或波形与多个角编码的波形(124)互相关以确定所述接收的信号波束的偏移入射角(128)，每个角编码的波形对应于入射信号波束的多个不同偏移入射角(116)中的相应一个，其中所述接收的信号波束的所述偏移入射角对应于具有与所述接收的信号波束的所述波形的最高相关性的所述多个角编码的波形(124)中的角编码的波形(124)。3.根据权利要求2所述的系统，还包括：模块(130)，其被配置成确定角误差(132)，其中所述角误差为所述接收的信号波束的实际入射角(134)与所述接收的信号波束的所述偏移入射角(128)之间的差；以及发射器(140)，其用于将所述角误差发射到与所述相控阵列发射器相关联的第二接收器(142)，所述角误差用于使所述相控阵列发射器偏转。4.根据权利要求3所述的系统，其中所述角误差被添加到由所述发射器发送到所述第二接收器的信息。5.根据权利要求3或权利要求4所述的系统，还包括波束追踪装置(148)，所述波束追踪装置(148)被配置成根据所述角误差来确定所述相控阵列发射器的指向误差(150)，其中所述指向误差用于使所述相控阵列发射器的所述选定的发射波束角偏转以便追踪所述第一接收器。6.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，还包括射频源即RF源(110)，并且其中所述相控阵列发射器包括：功率分配器(202)，其从所述RF源接收RF信号(109)；多个发射器信号路径(206)；以及多个天线元件(208)，每个发射器信号路径将所述功率分配器通信地耦合到所述多个天线元件的相关联天线元件(208)，其中每个发射器信号路径可被配置成从所述多个天线元件以所述多个不同发射波束角的所述选定的发射波束角发射所述信号波束。7.根据权利要求6所述的系统，其中所述波束增益角编码组件包括：波束增益角编码模块(210)；以及在所述多个发射器信号路径中的每个发射器信号路径中的波束增益可调衰减器(212)，其中所述波束增益角编码模块电连接到在每个发射器信号路径中的所述波束增益可调衰减器，以便调制在每个发射器信号路径中的RF信号部分(214)的增益，以产生所述信号波束的所述所得的增益轮廓。8.根据权利要求6所述的系统，还包括：波束振幅控制模块(216)；以及波束相位控制模块(218)，其中每...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·A·雷，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US