一种基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法技术

本发明专利技术公开了一种基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法，该方法为：首先初始化阵元加权系数向量、子阵加权系数矩阵、综合方向图、各个波束在指向各个扫描角度时的上界和下界、迭代误差值；然后比较综合方向图和各个波束在指向各个扫描角度时的上下界，得到目标方向图；接着根据阵元加权系数向量得到子阵等效阵中方向图、子阵加权系数矩阵，反算出阵元加权系数向量；计算两次迭代间的误差，若不满足迭代终止的条件，则返回计算子阵等效阵中方向图；若满足迭代终止的条件，则计算综合方向图，若综合方向图满足要求，则迭代终止，输出综合方向图；否则返回重新计算目标方向图。本发明专利技术能够在子阵级相控阵上同时对多个波束进行赋形，降低了硬件成本。降低了硬件成本。降低了硬件成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法


[0001]本专利技术涉及数字相控阵天线
，特别是一种基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法。

技术介绍

[0002]早期的相控阵天线系统中天线阵的幅度加权和移相都是在模拟域实现。由于移相器和幅度衰减器控制位数的限制，早期相控阵天线无法对天线波束进行精确的控制，且无法在不损失能量的情况下同时形成多个波束，这就无法满足雷达、电子侦察以及通信系统不同功能的需求。
[0003]随着电子技术、超大规模数字电路、T/R模块、微处理芯片技术的蓬勃发展，由软件驱动的数字阵列雷达逐渐替代了模拟雷达。数字阵列天线是一种在阵元级实现数字化，并在接收和发射波束中都采用数字波束形成技术的全电子扫描天线阵列。
[0004]数字阵列天线去除了模拟相控阵上的模拟移相器单元、功分网络以及和差器等部件，并可通过程序来控制系统执行不同的工作模式，这是模拟相控阵天线无法实现的。
[0005]在大规模数字阵列中，若将阵元划分为子阵，可以简化阵列结构，使阵列馈电网络易于加工和实现，并且降低硬件成本。此外，若通道数太多也会带来通道之间幅相不一致性的问题。将阵元按照一定的规律划分为子阵后，子阵内阵元可以共用一个接收通道。如何通过子阵进行阵列综合，一直是数字相控阵领域的热点问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法能够在同时优化每个阵元激励系数和子阵权重的情况下，使得子阵端能够同时输出满足赋形要求的多个波束的基于子阵级相控阵波束赋形的方法。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、初始化阵元加权系数向量、子阵加权系数矩阵、综合方向图、各个波束在指向各个扫描角度时的上界和下界、迭代误差值；
[0009]步骤2、比较综合方向图和各个波束在指向各个扫描角度时的上下界，得到目标方向图；
[0010]步骤3、将阵元加权系数向量代入转换计算公式，得到子阵等效阵中方向图；
[0011]步骤4、将子阵等效阵中方向图代入计算公式，得到子阵加权系数矩阵；
[0012]步骤5、将子阵加权系数矩阵代入计算公式，反算出阵元加权系数向量；
[0013]步骤6、利用公式计算两次迭代间的误差，若不满足迭代终止的条件，则返回步骤3继续运行；若满足迭代终止的条件，则继续向下执行；
[0014]步骤7、根据方向图计算公式，得到综合方向图；
[0015]步骤8、若综合方向图满足要求，则迭代终止，输出综合方向图；否则返回步骤2继
续运行。
[0016]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)可以在子阵级相控阵上同时对多个波束进行赋形，基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法相比单纯的子阵赋形增加了自由度，而相比单纯的阵元加权赋形则简化了馈电网络的设计难度；(2)在具有良好的子阵多波束赋形效果的同时还减少了AD通道数，降低了硬件成本。
附图说明
[0017]图1为本专利技术一种基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法的流程示意图。
[0018]图2为本专利技术的原理示意图。
[0019]图3左侧是本专利技术实施例中阵元排布方式和子阵划分方式的原理示意图。
[0020]图4是本专利技术实施例1中利用子阵同时生成35
°
倾角下6个六分之一锥波束的脚印图。
[0021]图5是本专利技术实施例1中利用子阵同时生成35
°
倾角下6个六分之一锥波束的3D归一化方向图。
[0022]图6是本专利技术实施例1中利用子阵同时生成35
°
倾角下6个六分之一锥波束的
‑
3dB及
‑
17dB等高线图。
[0023]图7是本专利技术实施例1中实测得到的35
°
倾角下6个六分之一锥波束的3D方向图。
[0024]图8是本专利技术实施例1中实测得到的35
°
倾角下6个六分之一锥波束的3D方向图的XY截面，这个视角可以更为清楚地看到主瓣的位置和形状。
[0025]图9是本专利技术实施例1中实测得到的35
°
倾角下6个六分之一锥波束的
‑
3dB及
‑
10dB等高线图。
[0026]图10是本专利技术实施例1中实测得到的35
°
倾角下6个六分之一锥波束的
‑
3dB及
‑
10dB等高线图覆盖图。
[0027]图11是本专利技术实施例2中利用子阵同时生成5个不同位置的
±
30
°
宽波束的脚印图。
[0028]图12是本专利技术实施例2中利用子阵同时生成5个不同位置的
±
30
°
宽波束的3D归一化方向图。
[0029]图13是本专利技术实施例2中利用子阵同时生成5个不同位置的
±
30
°
宽波束的
‑
3dB及
‑
17dB等高线图。
[0030]图14是本专利技术实施例1中实测得到的
±
30
°
宽波束的3D方向图。
[0031]图15是本专利技术实施例1中实测得到的
±
30
°
宽波束的3D方向图的XY截面，这个视角可以更为清楚地看到主瓣的位置和形状。
[0032]图16是本专利技术实施例1中实测得到的
±
30
°
宽波束的
‑
3dB及
‑
10dB等高线图。
[0033]图17是本专利技术实施例1中实测得到的
±
30
°
宽波束的
‑
3dB及
‑
10dB等高线图覆盖图。
具体实施方式
[0034]本专利技术一种基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法，包括以下步骤：
[0035]步骤1、初始化阵元加权系数向量、子阵加权系数矩阵、综合方向图、各个波束在指
向各个扫描角度时的上界和下界、迭代误差值；
[0036]步骤2、比较综合方向图和各个波束在指向各个扫描角度时的上下界，得到目标方向图；
[0037]步骤3、将阵元加权系数向量代入转换计算公式，得到子阵等效阵中方向图；
[0038]步骤4、将子阵等效阵中方向图代入计算公式，得到子阵加权系数矩阵；
[0039]步骤5、将子阵加权系数矩阵代入计算公式，反算出阵元加权系数向量；
[0040]步骤6、利用公式计算两次迭代间的误差，若不满足迭代终止的条件，则返回步骤3继续运行；若满足迭代终止的条件，则继续向下执行；
[0041]步骤7、根据方向图计算公式，得到综合方向图；
[0042]步骤8、若综合方向图满足要求，则迭代终止本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、初始化阵元加权系数向量、子阵加权系数矩阵、综合方向图、各个波束在指向各个扫描角度时的上界和下界、迭代误差值；步骤2、比较综合方向图和各个波束在指向各个扫描角度时的上下界，得到目标方向图；步骤3、将阵元加权系数向量代入转换计算公式，得到子阵等效阵中方向图；步骤4、将子阵等效阵中方向图代入计算公式，得到子阵加权系数矩阵；步骤5、将子阵加权系数矩阵代入计算公式，反算出阵元加权系数向量；步骤6、利用公式计算两次迭代间的误差，若不满足迭代终止的条件，则返回步骤3继续运行；若满足迭代终止的条件，则继续向下执行；步骤7、根据方向图计算公式，得到综合方向图；步骤8、若综合方向图满足要求，则迭代终止，输出综合方向图；否则返回步骤2继续运行。2.根据权利要求1所述的基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法，其特征在于，所述的子阵级相控阵，具体如下：针对一个由N个天线阵元组成的相控阵雷达接收端，通过子阵划分可以将阵列划分为L个子阵；其中第l个子阵中包含的阵元数目为N
l
,l＝1,2,
…
,L，那么Σ
Ll＝1
N
l
＝N，则N
×
L维的子阵形成矩阵T0＝(t
n，l
)
n＝1，2，
…
，N，l＝1，2，...L
表示为：3.根据权利要求1所述的基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法，其特征在于，步骤1中的初始化阵元加权系数向量、子阵加权系数矩阵、综合方向图、各个波束在指向各个扫描角度时的上界和下界、迭代误差值，具体如下：初始化阵元加权系数向量其中i
n
,n＝1,2,
…
,N，为第n个阵元的幅相加权系数；初始化子阵加权系数矩阵W＝[w1,w2,
…
,w
M
]
L
×
M
；其中L是子阵个数，M是生成多波束的个数；初始化综合方向图其中K为空间中不同采样方向的个数，第m个接收波束的远场方向图F
m
＝Qw
m
，子阵等效阵中方向图Q由下式得到：Q＝XI＝[q1,q2,
…
,q
L
]
K
×
L
(I)
N
×
L
＝diag(i)
N
×
N
·
(T0)
N
×
L
X＝[x1,x2,
…
,x
N
]
K
×
N
其中，K维列向量为第l个子阵内的所有阵元在加权后得到的子阵波束，X为所有阵元的阵中方向图，x
n
为第n个阵元在K个不同采样方向
上的阵元阵中方向图，diag(
·
)表示对向量的对角化操作；初始化各个波束在指向各个扫描角度时的上界和下界其中其中m表示波束的编号，表示波束的第k个采样方向；初始化迭代误差值ε0。4.根据权利要求1所述的基于子阵级相控阵的同时多波束赋形方法，其特征在于，步骤2中的比较综合方向图和各个波束在指向各个扫描角度时的上下界，得到目标方向图，具体如下：比较综合方向图F和各个波束在指向各个扫描角度时的上下界E
up
和E
lo...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉兵，封宇辰，景中天，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：