一种基于反正弦时钟的相控阵匀速扫描的实现方法技术

本发明专利技术提供了一种基于反正弦时钟的相控阵匀速扫描的实现方法，首先选定扫描范围、扫描速度、移相器步进精度以及阵列天线基本参数；然后求出相邻阵元之间激励相位差值范围、1/2扫描周期内移相器的最大变化次数以及一个周期内移相器相位每次跳变对应的时间；最终实现相控阵主瓣波束指向的匀速扫描。本发明专利技术利用反正弦时钟信号控制移相器在非均匀时间间隔等量改变阵元激励相位，实现相控阵天线的匀速扫描，有助于实现高扫描精度、馈电网络中移相器控制系统的程序运算量较小的相控阵天线匀速扫描控制，简化硬件电路的设计复杂度，在雷达、微波着陆等通信领域有很高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及相控阵列天线，涉及一种应用于微波着陆系统的相控阵匀速扫描方法。
技术介绍
相控阵天线主要应用于地面、船舶、航空和航天等领域的雷达或者导航设备中，通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状。控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的。匀速扫描相控阵天线是一种辐射方向图主瓣波束指向随时间均匀变化的相控阵天线，多应用于微波着陆系统(MLS:MicrowaveLandingSystem)。微波着陆系统为要求着陆的飞机提供角度引导信息，包括方位引导设备、仰角引导设备和测距应答设备，其中天线是整个系统信号发射接收的重要部件，特别是方位扫描天线和仰角扫描天线均为相控阵天线，分别在水平面、铅垂面实现一维扫描，形成窄波束、低副瓣的扫描面形。地面设备发射天线为匀速扫描相控阵系统，发射在一定角度范围内来回匀速扫描的波束，机载接收设备接收到“来”、“回”扫描产生的两个窄脉冲，通过测量两相邻信号脉冲的时间间隔，结合地面匀速相控阵波束指向和时间变化的关系，可以判断飞机着陆所需的角度引导信息。因此，相控阵天线的匀速扫描特性的研究有很重要的意义。对于匀速扫描相控阵天线，可以利用波束控制系统在等时间间隔的时刻为数字移相器提供触发信号，使移相器不均匀的改变阵元激励相位，实现波束指向随时间均匀变化，但这种方法要求使用较高步进精度的数字移相器才能满足高精度波束扫描，而数字移相器步进精度越高，则成本越高。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于反正弦时钟的相控阵匀速扫描的实现方法，利用反正弦变换的时钟信号控制移相器，使移相器在非均匀时间间隔等量改变阵元激励相位，实现相控阵天线的匀速扫描。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下几个步骤：1)按照相控阵扫描特性需求选定扫描范围、扫描速度、移相器步进精度以及阵列天线参数；2)根据阵列天线阵因子最大值条件，求出相邻阵元之间激励相位差值范围；3)利用激励相位差值范围和移相器步进精度，得到1/2扫描周期内激励相位最大改变次数其中，(αmin，αmax)是阵内相邻阵元相位差范围，Δ＝2π/2k为移相器步进精度，是向上取整；4)修正阵列天线阵因子最大值条件，得到相控阵阵因子最大值表达式：βdsin(θm)=αmin+pΔ(0≤p≤P)βdsin(θm)=αmax-(p-P)Δ(P<p≤2P)]]>其中，θm=θmin+ωt(0≤t≤Ts/2)θmax-ω(t-Ts/2)(Ts/2<t≤Ts)]]>其中β是电磁波自由空间传播常数，d是相邻阵元间距，θm为阵列辐射方向图波束指向，p为移相器相位变化次数，(θmin，θmax)是相控阵扫描范围，ω为相控阵扫描速度，t是扫描时间变量，Ts＝2π/ω为匀速扫描相控阵扫描周期；5)将步骤1)、3)中的参数带入到步骤4)的相控阵阵因子最大值表达式，得出一个扫描周期内每次激励相位变化对应的时间序列t＝{t1，t2，...，tp，tp+1，...，t2P-1，t2P本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于反正弦时钟的相控阵匀速扫描的实现方法，其特征在于包括下述步骤：1)按照相控阵扫描特性需求选定扫描范围、扫描速度、移相器步进精度以及阵列天线参数；2)根据阵列天线阵因子最大值条件，求出相邻阵元之间激励相位差值范围；3)利用激励相位差值范围和移相器步进精度，得到1/2扫描周期内激励相位最大改变次数其中，(αmin，αmax)是阵内相邻阵元相位差范围，Δ＝2π/2k为移相器步进精度，是向上取整；4)修正阵列天线阵因子最大值条件，得到相控阵阵因子最大值表达式：βdsin(θm)=αmin+pΔ(0≤p≤P)βdsin(θm)=αmax-(p-P)Δ(P<p≤2P)]]>其中，θm=θmin+ωt(0≤t≤Ts/2)θmax-ω(t-Ts/2)(Ts/2<t≤Ts)]]>其中β是电磁波自由空间传播常数，d是相邻阵元间距，θm为阵列辐射方向图波束指向，p为移相器相位变化次数，(θmin，θmax)是相控阵扫描范围，ω为相控阵扫描速度，t是扫描时间变量，Ts＝2π/ω为匀速扫描相控阵扫描周期；5)将步骤1)、3)中的参数带入到步骤4)的相控阵阵因子最大值表达式，得出一个扫描周期内每次激励相位变化对应的时间序列t＝{t1，t2，...，tp，tp+1，...，t2p‑1，t2p}；6)将时间序列t除以系统时钟信号周期TCLK，得到一个扫描周期内激励相位变化对应的反正弦时钟序列count＝{count1，count2，...，countp，countp+1，...，count2p‑1，count2p}；7)一个扫描周期内，每当控制系统脉冲计数器的数值等于步骤6)中反正弦序列中的某一个数值时，均匀改变激励相位相移量，使相控阵在一个扫描周期内主瓣波束指向匀速扫描，最终实现相控阵的匀速扫描。...

【技术特征摘要】
1.一种基于反正弦时钟的相控阵匀速扫描的实现方法，其特征在于包括下述步骤：1)按照相控阵扫描特性需求选定扫描范围、扫描速度、移相器步进精度以及阵列天线参数；2)根据阵列天线阵因子最大值条件，求出相邻阵元之间激励相位差值范围；3)利用激励相位差值范围和移相器步进精度，得到1/2扫描周期内激励相位最大改变次数其中，(αmin，αmax)是阵内相邻阵元相位差范围，Δ＝2π/2k为移相器步进精度，是向上取整；4)修正阵列天线阵因子最大值条件，得到相控阵阵因子最大值表达式：βdsin(θm)=αmin+pΔ(0≤p≤P)βdsin(θm)=αmax-(p-P...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世冲，徐飞，张晓肖，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61