本发明专利技术公开的一种多子阵相控阵天线波束控制装置，旨在提供一种可以克服传统相控阵天线响应速度慢，不能复用，连接复杂，不易扩展的波控装置。本发明专利技术通过下述技术方案实现：每个子阵分别控制N个阵元的移相，将多个子阵拼接在一起；主控板通过端机通信接口对多个子阵进行命令下发、状态监视与故障检测，单个子阵波控板独立完成数据收发，每个子阵波控板采用FPGA实现协议解析，对阵面各天线阵元单元点的相位、幅度相位码进行统一运算，将波束指向和频率算出的地址码送给每个移相器控制电路，子阵波控板将计算出波控数码、相位、幅度数据分别传输至天线阵元阵面各点，控制相应的移相器到每个天线单元，实现N个天线阵元相控阵天线波束控制。波束控制。波束控制。
【技术实现步骤摘要】
多子阵相控阵天线波束控制装置
[0001]本专利技术涉及一种测控、通信等领域多子阵相控阵天线波束控制装置。
技术介绍
[0002]大型及超大型相控阵雷达由于其高增益、高分辨率、多波束等特点受到日渐广泛的应用。随着有源相控阵雷达技术的发展，涌现出了越来越多的大型相控阵雷达，雷达的阵元数量也从开始的几十个，逐步变成了上万个甚至更多，阵面结构的设计也越来越复杂，其中波束形成是相控阵雷达实现波束控制的关键技术。为了让波束控制系统的设计趋于模块化、系统化，通常将大型相控阵天线的阵面划分为若干个子阵，这样任意的大型相控阵天线，都可以用多个子阵来组合，相当于模块化的扩展，具有很高的移植性。相控阵雷达的波束控制系统相当于机械式雷达的伺服系统，通常是由计算机系统来控制响应的硬件设备产生特定波束指向所需要的波控数码，然后控制各个天线阵元的移相器产生相移，合成指定的天线波束。
[0003]波束控制系统要能够根据目标的快速变化迅速改变雷达的工作状态，对波束控制系统的响应速度提出了很高的要求。子阵级和差波束需要同时对和波束及差波束的旁瓣进行抑制，且还要保证差波束的零陷足够深，传统的驱动和控制电路很难满足现代化相控阵雷达的控制要求。为了改善子阵级自适应数字波束形成(ADBF)旁瓣电平升高的问题，解决大型相控阵雷达阵元级波束形成技术面临的硬件系统复杂、实时性低等问题，一般采用子阵级波束形成技术来处理。但子阵级处理往往会破坏静态方向图的性能，为了保证子阵级波束形成的性能，需要对子阵级波束形成进行优化。波束形成分为模拟波束形成和数字波束形成，数字波束形成(DBF)技术是在原模拟方式处理信号的基础上引入数字信号处理这一先进技术，使波束形成以数字方式来实现的一种技术。它是通过对各传感器的接收信号在基带上进行数字采样，然后使用复加权求和来实现波束形成。这种方式可以降低软件和硬件的成本。对于大型的相控阵雷达，通常包含数以百计甚至上千的天线阵元，在信号处理过程中，如果采用阵元级数字波束形成方式，则其运算量是非常庞大的，且其对应的硬件系统很复杂，成本也相对较高。为了解决大型相控阵雷达阵元级处理所存在的这些问题，人们提出了子阵级的波束形成方式。子阵级波束形成方式，就是在子阵的基础上进行波束形成。通常，所说的“子阵”，就是将几个天线单元按照一定的规律划分为一组，每组中的所有天线单元使用同一个接收通道。这样，经过子阵划分后，大型相控阵雷达的接收通道数明显较少，从而大大降低了系统的复杂度、数据处理量和硬件成本。虽然子阵级波束形成技术，保持了相控阵雷达的天线孔径，使波束不会变宽，同时使计算量减少，收敛变快，但是子阵级处理也会导致系统的自由度降低，子阵划分不当还会存在形成栅瓣和栅零点的问题。子阵的划分是子阵级波束形成的基础。一般把子阵的划分归结为如下三种：规则不重叠划分、规则重叠划分和不规则不重叠划分。所谓“规则”，就是指个子阵包含相同的阵元数目，且各阵元的排列位置也相同；所谓“重叠”，就是指某个天线阵元同时属于两个或两个以上的子阵。各种不同的子阵划分方法，都有其各自的优缺点。相控阵天线阵面技术包含很多部分，波束
控制系统是其中非常重要的一部分，它能够很好的控制各天线单元的移相方向和幅度，与其他技术相比，它能够提升其精确程度，在最大程度上节约成本。宽带相控阵天线在瞬时宽带工作模式下,天线方向图的波束指向将不可避免地出现色散现象。在相控阵系统中，波束控制技术作为关键技术之一，直接影响着系统功能和效能的发挥，波束控制系统的性能优劣严重限制了系统性能的发挥，不同的系统与功能任务要求对波束控制系统的要求也不尽相同。系统功能的发展也对波束控制系统提出越来越高的要求。波束控制系统是雷达搜索与跟踪过程所需的自动控制系统中的一个重要环节。相控阵系统的波束控制阵面天线的波束指向通常由波束控制系统来执行，它主要通过对阵面各单元相位和增益的控制实现波束空间指向的变化。其中各单元相位变化对确定的阵列天线而言主要取决于天线波束指向角的变化。对单元相位变化量进行控制就相当于对天线波束指向口进行了控制。如果要实现对已有若干单元的阵列天线的波束指向，就需要对这若干单元进行相位控制，保证单元之间具有同等的相位差。也就是说，只需通过计算进而控制每个单元相位值就可以实现波束指向的控制。但当相控阵面单元较多时，其计算量大，运算时间较长，影响了波束扫描的速度。现代相控阵系统常采用分布式波束控制系统，该方案中，主波束控制计算基本的单元相位差，然后传输给每个子阵波束控制，每个子阵波束控制相当于一个集中式波束控制系统，再经计算，控制到每个单元，从而实现波束的控制。分析表明，在小型相控阵系统中，采用集中式波束控制系统较佳。在大型相控阵系统中，在满足系统要求的波束控制速度下，采用分布式波束控制系统是较好的方案。由于现代相控阵电子系统对波束控制的速度要求越来越高，因此波束运算、数据传输等要求也相应提高。同时，相控阵面规模的增大，使得波束控制系统也越来越复杂。波束控制系统的发展趋势随着相控阵电子系统的发展和应用的扩展，对波束控制系统的体积与截面积、运算速度、数据传输的要求越来越高，随着相控阵技术的发展，波束控制系统不仅要根据波束的指向要求对阵面单元进行相位控制，而且还要满足随机馈相、相位补偿的要求。
[0004]随着大规模集成电路技术的发展，FPGA为解决波束控制系统的小型化和快速化的问题提供了方案。FPGA具有集成度高，控制灵活，运算速度高等诸多优点，在波束控制系统方面有很好的开发前景。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是针对大型相控阵天线的波束控制存在不足之处，提供一种互联简单，功耗低、体积小，波控方法简单快捷，运算速度高、工作稳定，易扩展，通用性强的多子阵相控阵天线波束控制装置，以克服传统相控阵天线波控装置响应速度慢，不能复用，连接复杂，不易扩展等问题。
[0006]本专利技术的上述目的可以通过以下措施来达到，一种多子阵相控阵天线波束控制装置，包括：连接了n个子阵波控板的主控板，其特征在于：主控板通过一组RS485总线接口与每个子阵波控板进行通信，子阵之间通过两组RS485总线互联，每个子阵分别控制N个阵元的移相，将多个子阵拼接在一起。主控板通过端机通信接口接命令，并通过多个RS485接口对多个子阵进行命令下发、状态监视与故障检测，单个子阵波控板独立完成数据收发，每个子阵波控板的主芯片采用低功耗FPGA实现协议解析，根据所要求的波束指向对阵面各天线阵元单元点的相位、幅度相位码进行统一运算，利用波束指向和频率算出地址码，同时送给
每个移相器控制电路，移相器控制电路读出波控数码并控制移相器，并提供相控阵天线中每一个阵元移相器所需的控制信号，子阵波控板完成计算阵面各天线单元之间的阵内相移量后将计算出波控数码、相位、幅度等数据分别传输至天线阵元阵面各点，控制相应的移相器到每个天线单元，从而实现N个天线阵元相控阵天线波束控制。
[0007]本专利技术相比于现有技术的有益效果是：体积小，功耗低。本专利技术主控板具有与端机的通信接口，以及与子阵波控板的通信接口，每个子阵分别控制64个阵元的移相，将多个子阵拼接在一起本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多子阵相控阵天线波束控制装置，包括：连接了n个子阵波控板的主控板，其特征在于：主控板通过一组RS485总线接口与每个子阵波控板进行通信，子阵之间通过两组RS485总线互联，每个子阵分别控制N个阵元的移相，将多个子阵拼接在一起，形成一个子阵波控板的控制连接器分布于子阵波控板四周的大型相控阵波束控制装置不通顺；主控板通过端机通信接口接命令，并通过多个RS485接口对多个子阵进行命令下发、状态监视与故障检测，单个子阵波控板独立完成数据收发，每个子阵波控板的主芯片采用低功耗FPGA实现协议解析，根据所要求的波束指向对阵面各天线阵元单元点的相位、幅度相位码进行统一运算，根据利用波束指向和频率算出地址码，同时送给每个移相器控制电路，移相器控制电路读出波控数码并控制移相器，并提供相控阵天线中每一个阵元移相器所需的控制信号，子阵波控板完成计算阵面各天线单元之间的阵内相移量后将计算出波控数码、相位、幅度等数据分别传输至天线阵元阵面各点，控制相应的移相器到每个天线单元，从而实现N个天线阵元相控阵天线波束控制。2.如权利要求1所述的多子阵相控阵天线波束控制装置，其特征在于：主控板通过与端机的通信接口接收命令，并通过多个RS485接口分发给每一列的第一个子阵波控板，第一个子阵波控板收到命令后在解析命令的同时，直接将命令通过另一个RS485接口发送给本列的第二个子阵波控板，第二个子阵波控板收到命令后在解析命令的同时，直接将命令通过另一个RS485接口发送给本列的第三个子阵波控板，依次类推。3.如权利要求1所述的多子阵相控阵天线波束控制装置，其特征在于：主控板包括：集成在印制板上，连接现场可编程门阵列FPGA芯片的存储芯片、温度传感器芯片、电源芯片，RS485电平转换芯片和FLASH芯片，连接在连接器与FPGA芯片之间的至少3个低功耗收发器，FPGA通过SRIO通信接口，直接由FPGA自带的低功耗的吉比特收发器GTX实现收发。4.如权利要求3所述的多子阵相控阵天线波束控制装置，其特征在于：GTX提供动态重配置接口与FPGA内部的其他逻辑资源紧密联系，至少一个低功耗收发器MAX3490收发芯片通过RS485总线接口与FPGA芯片通信，每个器件中都具有一个驱动器和一个接收器，并且低功耗收发器MAX3490把A-Z短路做正端T/R+,B-Y短路做负端T/R-，通过RS485总线实现发送和接收。5.如权利要求1所述的多子阵相控阵天线波束控制装置，其特征在于：子阵波控板包括：集成在的印制板上的现场可编程门阵列FPGA芯片，旁接在FPGA芯片上的温度传感器芯片和存储芯片，分别...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晓波，李超然，胡洪，任威，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。