一种圆形相控阵列天线的接收波束形成与方位扫描方法技术

本发明专利技术基于数字波束形成技术，提供了圆形相控阵天线波束形成的理论依据、重要参数和性能分析的结论、设计原则，公开了一种圆形相控阵接收波束形成及方位扫描的工程实现方法，可实现雷达圆形相控阵天线接收波束形成与方位电子扫描，通过数学分析和数字建模，采用数字波束形成技术，包括基本组成、工作原理和具体五阶段的工程实现流程及使用公式，克服平面相控阵天线的缺陷，提升相控阵天线和雷达的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种圆形相控阵列天线的接收波束形成与方位扫描方法
本专利技术属于微波天线
，具体涉及一种圆形相控阵列技术。
技术介绍
近年来，随着民用无人机和各类飞行器的广泛应用，国家及各地方政府对全空域管制的需求不断增长，推动了雷达应用从军用逐渐向民用扩展，雷达技术逐步向平面相控阵列方向发展。虽然平面相控阵列天线具有波束高速扫描与波束形状可快速变化等优点，但也存在天线增益、测角精度随扫描角增大而降低和扫描范围窄等一些重大缺点。采用圆形相控阵天线可以克服上述平面相控阵天线的缺点，对改善相控阵天线及雷达性能有着重要的作用，主要优势包括：全方位360度电子扫描，覆盖全面，波束扫描快速、变化灵活，支持雷达多任务、多功能应用；全方位天线增益及波束宽度不随扫描角变化，雷达探测覆盖均匀，性能一致，没有薄弱观测方向；易于实现瞬时大带宽信号工作，提高雷达距离精度及分辨能力；无伺服旋转机构，设备轻便，可靠性高，易于运输、安装、维护。圆形相控阵天线属于共形相控阵范畴，工程实现技术难度远大于平面相控阵列天线，制约了技术发展与工程应用，随着数字波束形成(Digi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆形相控阵列天线的接收波束形成与方位扫描方法，其特征在于，包括：数学模型分析、验证数学模型、工程设计实现；/n所述数学模型分析，包括：建立圆形相控阵列波束方向图的数学描述，为技术方案设计与数字建模仿真提供理论依据，包括：/n采用M个阵元组成圆形相控阵列，均匀分布在半径为R的圆周上，第m个阵元与x轴的夹角为θ

【技术特征摘要】
1.一种圆形相控阵列天线的接收波束形成与方位扫描方法，其特征在于，包括：数学模型分析、验证数学模型、工程设计实现；
所述数学模型分析，包括：建立圆形相控阵列波束方向图的数学描述，为技术方案设计与数字建模仿真提供理论依据，包括：
采用M个阵元组成圆形相控阵列，均匀分布在半径为R的圆周上，第m个阵元与x轴的夹角为θm＝2πm/M,m＝0,1,2,…,M-1，回波入射方位角为
采用N个阵元形成波束，每个阵元的标号k分别为i,i+1,…,i+N-1，若i+N-1大于M，则取余数；
采用余弦函数公式一描述阵元的方向性，区别每个阵元接收的不同信号幅度；
采用圆弧面作为波束合成阵面，采用窗函数，降低波束的旁瓣；
所述验证数学模型，包括：根据数学描述，构建排布间距和利用角度的数字仿真模型，获得圆形相控阵列性能的分析结论和设计原则，为方案优化和工程实现提供技术支持，包括：
设定不同排布间距，基于圆形相控阵列通过切换不同指向的天线单元实现波束扫描的原理，缩小波束偏离法线的扫描角度，比对仿真结果，获得分析结论和设计原则，在满足接收天线副瓣对电平要求的前提下，增大排布间距；
设定不同利用角度，基于阵元的波束方向性限制形成波束的阵元数量，使总角度不超过180度，比对仿真结果，获得分析结论和设计原则，在满足接收天线副瓣对电平要求的前提下，增大利用角度；
所述工程设计实现，包括：根据数学描述与性能仿真，采用数字波束形成技术和共享式圆形相控阵列，以雷达指定的探测方向，生成阵元选通组合和波束导向矩阵，全方位波束扫描，包括：
数字波束形成技术，对各阵元的回波信号数字采样和AD变换，生成数字回波信号，采用数字移相补偿路径相位差，采用数字调幅加权副瓣幅度，采用数字求和生成相应方位的天线波束；
共享式圆形相控阵列，所有阵元共用一套数字接收通道，接收通道的数量等于形成波束的阵元的数量，在同一时刻某一指定方位产生一组波束，采用电子开关，实时切换阵元，排序各阵元的加权矢量，使天线波束在方位面内均匀扫描覆盖。


2.根据权利要求1所述的圆形相控阵列天线的接收波束形成与方位扫描方法，其特征在于，所述数学模型分析，包括：
设定N为M/4到M/3之间，将每个阵元沿方向投影到与垂直的直径上，采用公式二计算每个阵元投影在与垂直的直径上的距离；
设定Sk,k＝i,i+1,…,i+N-1为N个阵元的输入信号，为阵元方向性函数，wk为窗函数因子，xk为阵元投影距离函数，λ为天线工作波长，采用公式三计算波束形成后的输出信号。


3.根据权利要求1所述的圆形相控阵列天线的接收波束形成与方位扫描方法，其特征在于，所述设定不同排布间距，包括：
设定排布间距分别为0.83个波长、0.69个波长、0.59个波长，相应的阵元总数分别为40、48、56列，相应的形成波束的阵元数为10列、12列、14列，雷达频率为3GHz，阵列半径为0.53米，利用角度为90度，增加-25分贝的泰勒权值以降低副瓣，阵元方向在法线偏离角±90度内，若超出法线偏离角±90度，则采用反射板隔离，按照余弦函数的0.8次幂仿真；
根据排布间距0.83个波长的主瓣波束宽度8度、第一副瓣电平-22.23分贝、远端最大副瓣电平...

【专利技术属性】
技术研发人员：路彬彬，唐绩，黄永升，程方铎，
申请(专利权)人：南京国睿防务系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32