一种相控阵雷达天线控制系统及方法技术方案

本发明专利技术属于无线电定向；无线电导航；采用无线电波测距或测速；采用无线电波的反射或再辐射的定位或存在检测；采用其他波的类似装置技术领域，公开了一种相控阵雷达天线控制系统及方法，包括：天线阵列模块、阵面选择开关模块、收发放大器及滤波器模块、移相器及功分模块、GPS/BD定位模块、姿态传感器模块、控制及电源模块、波束指向自动控制模块。本发明专利技术满足了小型化、低功耗、高辐射效率、高隔离度的要求。本发明专利技术射频通道相对于传统相控阵架构系统，射频收发通道数减少了5倍，功耗也相应减小约5倍，开关线移相器的应用，在工作带宽内相位延时满足信号空间时延特性，各频点指向精准；省略了全部机械相关设备；极大地降低了总功耗需求。

A phased array radar antenna control system and method

The invention belongs to radio orientation, radio navigation, radio wave ranging or velocity measurement, radio wave reflection or re-radiation positioning or presence detection, and other wave analog device technical field, discloses a phased array radar antenna control system and method, including: antenna array module, antenna array selection. Selection switch module, transceiver amplifier and filter module, phase shifter and power sub-module, GPS / BD positioning module, attitude sensor module, control and power supply module, beam pointing automatic control module. The invention meets the requirements of miniaturization, low power consumption, high radiation efficiency and high isolation. Compared with the traditional phased array system, the number of RF channels is reduced by 5 times, and the power consumption is reduced by 5 times. The application of the switching line phase shifter satisfies the signal space delay characteristic in the working bandwidth, and the frequency points are pointed precisely, and all the mechanical related equipment is omitted. Total power consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种相控阵雷达天线控制系统及方法
本专利技术属于无线电定向；无线电导航；采用无线电波测距或测速；采用无线电波的反射或再辐射的定位或存在检测；采用其他波的类似装置
，尤其涉及一种相控阵雷达天线控制系统及方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：动中通海事卫星天线已在航海、勘测、车载等信息互联系统得到广泛应用，其传统方案采用机械伺服加姿态传感来实现(天线阵面采用固定波束，控制系统通过位置信息，姿态信息控制方位、俯仰伺服电机，调整阵面指向)，由于载体所处的工况相对恶劣，机械伺服机构存在可靠性低，故障率高的技术风险。存在以下两方面缺陷：1，由于方位、俯仰伺服系统频繁做姿态调整，系统的指向精度随即会产生一个累计误差，导致指向精度的降低；2，尤其在舰船载体工况下，传统机械伺服动中通系统中，伺服系统处于频繁调整状态，俯仰向更为突出，实际应用中已出现伺服系统的高故障率)。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)传统的动中通海事卫星天线采用机械伺服加姿态传感存在可靠性低，故障率高。(2)采用传统相控阵架构，存在结构上的复杂性，重量的不适性以及成本的不可控。解决上述技术问题的难度和意义：天线单元以及天线系统整体的小型化：由于载体所提供的安装环境及工作环境的限制，对天线体积、重量有严苛的要求，在小的口径面积内要实现波束的扫描，天线辐射单元同样需要小的有效口径和单元数量，本专利技术采用高介电常数基板材料，缩小辐射单元口径尺寸。工作带宽：海事卫星通讯系统，右旋圆极化工作相对带宽达到约10％，以属于宽带形微带天线(体积限制，优选采用微带贴片型辐射单元)。本专利技术辐射单元采用层叠结构，使系统收发通道对应独立收发天线，提高了相对带宽内，收发各通道的辐射效率；通过收发独立的叠层方式，提高了通道的收发隔离度。波束形成：通讯系统的技术指标要求，须满足上半球空域以及有限负仰角范围，且波束覆盖须满足高速率数据传输要求。本专利技术的波束形成网络，采用开关线移相器，开关选用低延时、低插损射频开关，在传输线上实现真延时，满足频带内的色散特性。通过以上的方案架构，着重解决了现有产品(机械伺服架构)在应用中所出现的指向精度和低可靠性问题，并相对于传统相控阵架构，降低了天线复杂度，重量可适应，低成本性。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种相控阵雷达天线控制系统及方法。本专利技术是这样实现的，一种相控阵雷达天线控制系统，所述相控阵雷达天线控制系统包括：天线阵列模块、阵面选择开关模块、收发放大器及滤波器模块、移相器及功分模块、GPS/BD定位模块、姿态传感器模块、控制及电源模块、波束指向自动控制模块；天线整列模块负责把发射通道的射频信号辐射到空间去，和把接收信号从空间接收回来，送到接收通道。阵面选择开关模块是根据天线的物理位置、姿态不同信息计算出波束指向，例如：该专利的五个天线面分别编号为面1、面2、面3、面4和顶面，假如波束指向在“面1”的范围内，那么阵面选择开关模块就需要把开关切到“面1”；如果波束指向从“面1”覆盖范围变到“面2”覆盖范围，那么阵面选择开关模块就需要把开关从“面1”切换到“面2”。收发放大器及滤波器模块主要对收发通道的信号进行放大和滤波。移相器及功分模块主要是把发射信号功分为多路，并进行移相，和对多路接收信号移相，并进行合路。GPS/BD定位模块主要接收GPS/BD信号，并解调出当前位置信息(数字信号)，把位置信息传给控制及电源模块。姿态传感器模块主要是把该天线的当前的物理姿态转换为数字姿态信息，送给控制及电源模块。GPS/BD定位模块，用于把天线接收下来的GPS/BD信号，经过滤波、放大、混频、滤波后，送入基带信号处理单元，把GPS/BD的射频信号转化为数字位置信息；把数字位置信息输入总控单元；控制及电源模块，用于为天线阵列模块、阵面选择开关模块、收发放大器及滤波器模块、移相器及功分模块、GPS/BD定位模块、姿态传感器模块、波束指向自动控制模块提供供电和控制信号；波束指向自动控制模块，用于根据发送过来的GPS定位信息、天线单元姿态信息、以及卫星位置信息计算相控天线的波束指向，得到阵面坐标系下的方位角和俯仰角，控制阵面开关切换相应阵面，根据波束指向计算阵面移相器的移相量和波控码。进一步，所述天线阵列模块采用高介电常数基板材料，右旋圆极化工作相对带宽达到10％；辐射单元采用层叠结构。进一步，所述天线阵列模块采用个面阵组阵方式，单个面阵形成多波束独立覆盖本阵面的方位/俯仰±45°空域；线阵结构天线方向图函数：上式中θb为天线波束最大值指向，改变相邻振子间的Δφ。进一步，所述移相器及功分模块包括：移相器、合路/功分器、双工器、放大器及滤波器。本专利技术的另一目的在于提供一种所述相控阵雷达天线控制系统的相控阵雷达天线控制方法，所述相控阵雷达天线控制方法包括：天线位置信息为[λ，L，H]，天线姿态信息为卫星位置信息为旋转椭球体参数选用WGS-84标准下的参数：Re＝6378137m，Rp＝6356752m，e＝1/298.257；RN＝Re(1+e(sinL)2)；(1)将天线位置信息转到地球直角坐标下，转换后坐标为则由天线指向卫星的向量表示为：(2)该向量在地理坐标系下表示为转换关系如下：其中，(3)向量在阵面坐标系下表示为转换关系为：其中：其中θ：俯仰角，方位角，γ：横滚角：(4)波束指向：俯仰角：方位角：逻辑控制，波束扫描范围为正负45°，波束宽度为42°。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述相控阵雷达天线控制系统的航海信息互联系统。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述相控阵雷达天线控制系统的勘测信息互联系统。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述相控阵雷达天线控制系统的车载信息互联系统。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述相控阵雷达天线控制系统的电路架构。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术射频通道相对于传统相控阵架构系统，射频收发通道数减少了5倍，功耗也相应减小约5倍，开关线移相器的应用，在工作带宽内相位延时满足信号空间时延特性，各频点指向精准；本专利技术中，省略了全部机械相关设备，整机可靠性得到大幅提升；极大地降低了总功耗需求：一个“收发放大器模块”占用21.9W，控制及电源模块、姿态传感单元、GPS/BD接收系统等占用1.4W，移相及功分模块占用0.72W，开关模块占用0.00075W，电源按照85％计算，本专利技术需要总功耗28.26W；传统做法，需要5个“收发放大器模块”、1个控制及电源模块、1个姿态传感单元、1个GPS/BD接收系统、一个移相及功分模块，电源按照85％效率计算，传统系统需要111.62W；本专利技术只有传统系统总功耗的25.32％，极大地降低了功耗需求。辐射效率提高，按照辐射功率最大44.5dBm(28.18W)，最小辐射功率42.5dBm(17.78W)，辐射效率分别是99.7％和62.9％，极大地提高了辐射效率。附图说明图1是本专利技术实施例提供的相控阵雷达天线控制系统结构示意图；图中：1、天线阵列模块；2、阵面选择开关模块；3、收发放大器及滤波器模块；4、移相器及功分模块；5、GPS/BD定位模块；6、姿态传感器模块；7、控制及电源模块；8、波束指向自动控制模块。图2是本专利技术实施例提供的相控阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相控阵雷达天线控制系统，其特征在于，所述相控阵雷达天线控制系统包括：天线整列模块，用于把发射通道的射频信号辐射到空间，和把接收信号从空间接收回来，送到接收通道；阵面选择开关模块，根据天线的物理位置、姿态不同信息计算出波束指向；收发放大器及滤波器模块，用于对收发通道的信号进行放大和滤波；移相器及功分模块，用于把发射信号功分为多路，并进行移相，和对多路接收信号移相，并进行合路；GPS/BD定位模块，用于接收GPS/BD信号，并解调出当前位置信息(数字信号)，把位置信息传给控制及电源模块；姿态传感器模块，用于把该天线的当前的物理姿态转换为数字姿态信息，送给控制及电源模块；控制及电源模块，用于为天线阵列模块、阵面选择开关模块、收发放大器及滤波器模块、移相器及功分模块、GPS/BD定位模块、姿态传感器模块、波束指向自动控制模块提供供电和控制信号；波束指向自动控制模块，用于根据发送过来的GPS定位信息、天线单元姿态信息、以及卫星位置信息计算相控天线的波束指向，得到阵面坐标系下的方位角和俯仰角，控制阵面开关切换相应阵面，根据波束指向计算阵面移相器的移相量和波控码。

【技术特征摘要】
1.一种相控阵雷达天线控制系统，其特征在于，所述相控阵雷达天线控制系统包括：天线整列模块，用于把发射通道的射频信号辐射到空间，和把接收信号从空间接收回来，送到接收通道；阵面选择开关模块，根据天线的物理位置、姿态不同信息计算出波束指向；收发放大器及滤波器模块，用于对收发通道的信号进行放大和滤波；移相器及功分模块，用于把发射信号功分为多路，并进行移相，和对多路接收信号移相，并进行合路；GPS/BD定位模块，用于接收GPS/BD信号，并解调出当前位置信息(数字信号)，把位置信息传给控制及电源模块；姿态传感器模块，用于把该天线的当前的物理姿态转换为数字姿态信息，送给控制及电源模块；控制及电源模块，用于为天线阵列模块、阵面选择开关模块、收发放大器及滤波器模块、移相器及功分模块、GPS/BD定位模块、姿态传感器模块、波束指向自动控制模块提供供电和控制信号；波束指向自动控制模块，用于根据发送过来的GPS定位信息、天线单元姿态信息、以及卫星位置信息计算相控天线的波束指向，得到阵面坐标系下的方位角和俯仰角，控制阵面开关切换相应阵面，根据波束指向计算阵面移相器的移相量和波控码。2.如权利要求1所述的相控阵雷达天线控制系统，其特征在于，所述天线阵列模块采用高介电常数基板材料，右旋圆极化工作相对带宽达到10％；辐射单元采用层叠结构。3.如权利要求1所述的相控阵雷达天线控制系统，其特征在于，所述天线阵列模块采用个面阵组...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏建让，许增超，朱国斌，王卫平，张仪崇，冯毅刚，
申请(专利权)人：西安欣创电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61