一维相控阵设计方法、一种光路、装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了雷达技术领域的一种一维相控阵设计方法、一种光路、装置，其以一维扫描方向为第一方向，确定第一方向上的天线的坐标为第一方向坐标数据；取二维平面下的第二方向上的坐标数据，以第二方向上的光栅旁瓣压缩比作为目标函数，优化所述第二方向上的坐标数据；其中，第一方向上的天线间距相同。根据此方法可以设计一种简单的光路，采用一对电极片实现。本方案利用二维天线排布实现一维相控阵，从而通过维度冗余设计相控阵的方法解决天线间距大于半波长的矛盾，在一个维度上实现理想的光栅旁瓣消除。的光栅旁瓣消除。的光栅旁瓣消除。

【技术实现步骤摘要】
一维相控阵设计方法、一种光路、装置


[0001]本专利涉及雷达技术，尤其涉及一种一维相控阵设计方法以及一种光路。

技术介绍

[0002]相控阵技术是一种依靠多个天线同时发射具备一定相位关系的电磁波，并依靠这些电磁波的干涉结果，对一定角度范围内进行扫描的技术。相控阵技术常被用于定向发射或接收信号，成为相控阵雷达。相控阵雷达目前主要包括电磁波相控阵雷达和激光相控阵雷达等。天线周期性排布的相控阵凭借其易于实现、数据容易处理的优势被最早用于相控阵雷达的实现。然而，在某些应用场景(如集成激光雷达芯片)需要相邻天线之间间距大于电磁波(或光波)的半波长，这使得相控阵雷达的发射(或接收)远场产生由于多级干涉导致的光栅旁瓣。常用的解决方法是使用非周期天线排列抑制光栅旁瓣的强度。即故意令相邻天线的间距不统一，而用一组特殊设计过的数列替代，这种非周期天线排列可以一定程度破坏多级干涉的条件，从而抑制光栅旁瓣。非周期天线排列抑制光栅旁瓣这种方法的弱点在于：
[0003]1.需要天线数目过多。一般至少需要数十个天线才能将光栅旁瓣抑制比降低到10dB。
[0004]2.发射(或接收)信号的效率远低于无光栅旁瓣雷达。非周期天线排列尽管可以有效抑制光栅旁瓣的强度，但是无法将光栅旁瓣的能量重新聚集到主瓣上。
[0005]3.电学控制系统较复杂。周期性排列的天线之间的相位是线性变化关系，相位的电路控制易于实现。而非周期性排列的天线之间的相位不满足线性关系，相位控制电路的实现需要更多资源。
[0006]4.在一维扫描应用场景，扫描光斑能量不集中。用于一维扫描的非周期天线排列相控阵雷达的扫描光斑轮廓为线状，能量无法汇聚为一点。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术中的缺点，提供了一种利用二维天线排布策略实现一维相控阵的技术方案，得到突破天线间距限制并消除光栅旁瓣的一维相控阵雷达。
[0008]一种一维相控阵设计方法，包括以下步骤：
[0009]以一维扫描方向为第一方向，确定第一方向上的天线的坐标为第一方向坐标数据；
[0010]取二维平面下的第二方向上的坐标数据，以第二方向上的光栅旁瓣压缩比作为目标函数，优化所述第二方向上的坐标数据，得到天线坐标数据；
[0011]其中，第一方向上的天线间距相同。
[0012]可选的，还包括步骤：
[0013]根据信号波长确定第一方向上的相邻天线的最大间距；以所述最大间距为约束条件，确定天线的第一方向坐标数据。
[0014]可选的，还包括步骤：
[0015]获取相邻天线的最小间距标准参数，根据所述最小间距标准参数和所述最大间距，计算天线在第二方向上的最小间距；
[0016]以所述最小间距为约束条件，以光栅旁瓣压缩比作为目标函数，优化所述第二方向上的坐标数据。
[0017]可选的，所述最大间距为二分之一信号波长，相邻天线的最小间距为相邻天线的绝对距离，根据所述最小间距标准参数和所述最大间距以勾股定理计算所述最小间距。
[0018]可选的，光栅旁瓣压缩比的计算方法为：根据主瓣振幅和光栅旁瓣振幅计算光栅旁瓣压缩比。
[0019]可选的，所述光栅旁瓣压缩比的计算方法包括：
[0020]以所述最小间距为约束值，获取第二方向上的天线间距的初始数据集，根据所述初始数据集确定所有天线的在第二方向上的坐标数据，根据第二方向上的坐标数据计算一维相控阵的远场分布，根据所述远场分布计算主瓣振幅和旁瓣振幅，求得光栅旁瓣压缩比。
[0021]可选的，所述优化所述第二方向上的坐标数据的方法包括：
[0022]初始数据集Δy1，Δy2，
…
，Δy
N
‑1，N为天线数量；
[0023]将Δy2，
…
，Δy
N
‑1输入远场分布函数，扫描Δy1，计算光栅旁瓣压缩比关于Δy1的变化参数，以光栅旁瓣压缩比最小值所对应的Δy1替换初始Δy1；
[0024]重复执行，依次扫描Δy2，
…
，Δy
N
‑1，以光栅旁瓣压缩比最小值所对应的Δy2，
…
，Δy
N
‑1替换初始数据集。
[0025]一种光路，包括根据上述的一维相控阵设计方法得到的一维相控阵，以及一对电极片，连接在一对电极片两端的呈线性布置的N组相位调制器，每组相位调制器分别连接一天线。
[0026]可选的，天线在第一方向上的间距相等，N组相位调制器中相位调制器数量呈线性增加。
[0027]本专利技术还提供一种相控阵设计装置，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器调用执行上述的一维相控阵设计方法。
[0028]本专利技术的有益效果：
[0029]利用二维天线排布实现一维相控阵，从而通过维度冗余设计相控阵的方法解决天线间距大于半波长的矛盾，在一个维度上实现理想的光栅旁瓣消除，确保一维相控阵雷达在扫描维度上获得较高信噪比的同时在扫描维度上采用周期排布，以降低控制电路复杂度。
[0030]可以使用较少天线数目实现光栅旁瓣的完全消除。相应地电学控制系统较简单，仅采用一对电极片即可实现。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1是一维相控阵设计方法流程图
[0033]图2是实施例1公开的案例天线y方向坐标表格；
[0034]图3(a)是天线分布图；
[0035]图3(b)是根据图3(a)的天线分布图得到的远场分布；
[0036]图4是实施例2公开的光路结构图。
具体实施方式
[0037]下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明，以下实施例是对本专利技术的解释而本专利技术并不局限于以下实施例。
[0038]一种一维相控阵设计方法，包括以下步骤：
[0039]以一维扫描方向为第一方向，确定第一方向上的天线的坐标为第一方向坐标数据；
[0040]取二维平面下的第二方向上的坐标数据，以第二方向上的光栅旁瓣压缩比作为目标函数，优化所述第二方向上的坐标数据，得到天线坐标数据；
[0041]其中，第一方向上的天线间距相同。
[0042]具体的，如图1所示，包括步骤：
[0043]以一维扫描方向为第一方向，即确定消除光栅旁瓣的方向为第一方向。
[0044]根据信号波长λ确定第一方向(标记为x方向)上的相邻天线的最大间距Δx
max
＝λ/2。以所述最大间距Δx
max
为约束条件，确定天线的第一方向坐标数据。
[0045]根据Δx
max
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一维相控阵设计方法，其特征在于，包括以下步骤：以一维扫描方向为第一方向，确定第一方向上的天线的坐标为第一方向坐标数据；取二维平面下的第二方向上的坐标数据，以第二方向上的光栅旁瓣压缩比作为目标函数，优化所述第二方向上的坐标数据，得到天线坐标数据；其中，第一方向上的天线间距相同。2.根据权利要求1所述的一维相控阵设计方法，其特征在于，还包括步骤：根据信号波长确定第一方向上的相邻天线的最大间距；以所述最大间距为约束条件，确定天线的第一方向坐标数据。3.根据权利要求2所述的一维相控阵设计方法，其特征在于，还包括步骤：获取相邻天线的最小间距标准参数，根据所述最小间距标准参数和所述最大间距，计算天线在第二方向上的最小间距；以第二方向上的最小间距为约束条件，以光栅旁瓣压缩比作为目标函数，优化所述第二方向上的坐标数据。4.根据权利要求3所述的一维相控阵设计方法，其特征在于，所述最大间距为二分之一信号波长，相邻天线的最小间距为相邻天线的绝对距离，根据所述最小间距标准参数和所述最大间距以勾股定理计算所述最小间距。5.根据权利要求1所述的一维相控阵设计方法，其特征在于，光栅旁瓣压缩比的计算方法为：根据主瓣振幅和光栅旁瓣振幅计算光栅旁瓣压缩比。6.根据权利要求3所述的一维相控阵设计方法，其特征在于，所述光栅旁瓣压缩比的计算方法包括：以所述最小间距为约束值，获取第二方向上的天线间距的初始数据集，根据所述初始数据集确定所有天线的在第二方向上的坐标数据，根据第二方向上的坐标数...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙笑晨，张其浩，刘飞，
申请(专利权)人：杭州洛微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：