一种相位开环分级移相波束形成方法技术

本发明专利技术公开了一种相位开环分级移相波束形成方法，包括以下步骤：步骤1：将阵列波束扫描空域均匀划分N

【技术实现步骤摘要】
一种相位开环分级移相波束形成方法


[0001]本专利技术涉及天线与微波
，具体涉及一种相位开环分级移相波束形成方法。

技术介绍

[0002]相控阵天线技术无论在军用的预警探测、空间监视、战场侦察等军事任务，还是在民用的5G通信、航空管制、防撞雷达等民事业务中，都发挥了至关重要的作用。随着对雷达威力、测量精度、通信质量等需求的提升，雷达天线阵面的规模越来越大，从而造成相控阵天线生产制造的成本日益增加。有源通道为相控阵天线制造的最主要成本，为了降低相控阵天线的制造成本，降低有源通道数是最直接有效的技术途径。子阵技术有效降低有源通道数，但会引入栅瓣，降低天线增益，为了解决子阵技术引入的栅瓣问题，子阵旋转技术、子阵平移技术、非规则子阵技术和分级移相技术被广受关注。分级移相技术是一种采用多级移相器的技术，采用该项技术发的相控阵天线的每个子阵，只在离辐射单元最远一级移相器处使用单个有源通道，其他级别移相器处不使用有源通道，因此，该技术能实现有源通道数的降低。分级移相技术相比其他子阵技术，波束控制自由度高，波束指向精度高和宽带适应性好，适合对波束指向和带宽要求高的系统中。
[0003]虽然分级移相天线阵列的级数和位数越高，相控阵天线的波束性能越好，但控制的复杂度和损耗也越大。所以，在满足波束性能的情况下，分级移相天线阵列的级数和位数需要尽可能低。现有的分级移相波束形成方法，在低级数和位数的情况下，对波束栅瓣的抑制有限，尤其在波束扫描过程中，部分扫描角处的依然会有较大的栅瓣。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种相位开环分级移相波束形成方法，所采用的天线阵列由M级子阵组成，M为大于等于2的正整数，每级子阵分别包含个移相器，每级移相器的位数分别为
[0005]Bit1,Bit2,
…
,Bit
m
,
…
,Bit
M
，最小步进量分别为Step1,Step2,
…
,Step
m
,
…
,Step
M
,M为大于等于2的正整数，包括以下步骤：
[0006]步骤1：将阵列波束扫描空域均匀划分N
Scan
个角度，记为θ
i
(i＝1,2,
…
,N
Scan
)；
[0007]步骤2：在第1级的个移相器注入随机相位权，记为
[0008]其中，l为当前迭代次数，Max为优化最大迭代次数；
[0009]步骤3：扫描角为θ
i
时，在第1级移相器加上扫描相位，计算第1级的第个移相器的移相量；
[0010]步骤4：利用渗透波束形成算法，计算第2～N级移相器移相量；
[0011]步骤5：对各级移相器移相量中位平移修正；
[0012]步骤6：重复步骤3～步骤5，直至遍历所有扫描角，记所有扫描角内最大栅瓣副瓣电平为L
l
；
[0013]步骤7：重复步骤2～步骤6，直至达到最大迭代次数；
[0014]步骤8：L
l
最小为L
best
，则对应迭代采用的相位权为全扫描空域最优波束相位权。
[0015]进一步地，步骤3中第1级的第个移相器的移相量的计算公式为：
[0016][0017]其中，为第1级移相器间距,k为自由空间波数。
[0018]进一步地，步骤4中第2～N级移相器移相量的计算公式为：
[0019][0020]其中，为第m级移相器间距，为第m
‑
1级移相器移相量；m＝2,3,
…
,M。
[0021]进一步地，除第1级移相器以外的其他级移相器，移相量为开环，即进一步地，除第1级移相器以外的其他级移相器，移相量为开环，即其中，Step
m
和Bit
m
分别为第m级移相器的最小步进量和位数。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0023]1.采用开环分级移相技术，降低扫描空域内栅瓣电平和链路损失。
[0024]2.采用注入渗透波束优化技术，进一步降低栅瓣副瓣电平。
[0025]3.采用整体优化技术，实现简单，整个扫描空域内，只采用一组相位权。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例的分级移相阵列示意图。
[0027]图2为本专利技术实施例的波束形成方法流程图。
[0028]图3为本专利技术实施例的栅瓣副瓣电平对比图。
[0029]图4为本专利技术实施例的方向图对比图。
具体实施方式
[0030]以下结合附图对本专利技术的一种相位开环分级移相波束形成方法的具体实施方式做详细说明。
[0031]本专利技术天线阵列是由多个阵元构成，可以是水平面内任意排布的阵列，不局限于均匀线阵或均匀圆阵；且每个阵元具有各自的方向图，可以相同也可以不同，可以是有向天线也可以是全向天线。本实施例的方法采用的天线阵列由M级子阵组成，M为大于等于2的正整数，每级子阵分别包含个移相器，每级移相器的位数分别为Bit1,Bit2,
…
,Bit
m
,
…
,Bit
M
，最小步进量分别为Step1,Step2,
…
,Step
m
,
…
,Step
M
,M为大于等于2的正整数；如图2所示，该方法包括以下步骤：
[0032]步骤1：将阵列波束扫描空域均匀划分N
Scan
个角度，记为θ
i
(i＝1,2,
…
,N
Scan
)；
[0033]步骤2：在第1级的个移相器注入随机相位权，记为
其中，l为当前迭代次数，Max为优化最大迭代次数；
[0034]步骤3：扫描角为θ
i
时，在第1级移相器加上扫描相位，则第1级的第个移相器的移相量为其中，为第1级移相器间距，k为自由空间波数；
[0035]步骤4：利用渗透波束形成算法，计算第2～N级移相器移相量，第m级移相器移相量为其中，为第m级移相器间距，为第m
‑
1级移相器移相量；m＝2,3,
…
,M。
[0036]步骤5：对各级移相器移相量中位平移修正，修正后，第1级移相器最终移相量为除第1级移相器外，第m级移相器最终移相量为其中，median为取中位数操作符；
[0037]步骤6：重复步骤3～步骤5，直至遍历所有扫描角，记所有扫描角内最大栅瓣副瓣电平为L
l
；
[0038]步骤7：重复步骤2～步骤6，直至达到最大迭代次数；
[0039]步骤8：L
l
最小为L
best
，则对应迭代采用的相位权为全扫描空域最优波束相位权。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相位开环分级移相波束形成方法，所采用的天线阵列由M级子阵组成，M为大于等于2的正整数，每级子阵分别包含个移相器，每级移相器的位数分别为Bit1,Bit2,
…
,Bit
m
,
…
,Bit
M
，最小步进量分别为Step1,Step2,
…
,Step
m
,
…
,Step
M
,M为大于等于2的正整数，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将阵列波束扫描空域均匀划分N
Scan
个角度，记为θ
i
(i＝1,2,
…
,N
Scan
)；步骤2：在第1级的个移相器注入随机相位权，记为个移相器注入随机相位权，记为其中，l为当前迭代次数，Max为优化最大迭代次数；步骤3：扫描角为θ
i
时，在第1级移相器加上扫描相位，计算第1级的第个移相器的移相量；步骤4：利用渗透波束形成算法，计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：江源，林磊，孙红兵，于大群，李锐，余伟，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：