CN104409853B - 平面阵列天线电扫波束形状控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种平面阵列天线电扫波束形状控制方法，针对传统阵列天线波束在电扫描时变形的缺陷，通过优化阵列中各天线单元的激励相位值达到控制变形的扫描波束的目的。本发明不仅能够提高平面阵列天线的扫描精度，而且通用性好，不依赖平面阵列天线的阵元类型以及特定的扫描波束形状。
Description
技术领域
本发明属于雷达天线技术领域，涉及平面相控阵天线电扫波束形状的控制方法。
背景技术
本发明用于控制平面阵列天线电扫波束。相控阵的波束指向是根据单元间距及波束指向对各个单元配相来实现的，在所需的波束指向形成等相位面。假设单元行间距、列间距归一化到工作波长分别为dy、dx，波束指向方位、俯仰角度为(AS,Es)，则第(m,n)单元的相位为：
式中，，阵列中各单元按照式（1）计算出来的相位配置各阵元相位。理想情况下的目标扫描波束应该如图2所示，在扫描过程中波束不发生变形。但是在大扫描角时，通过该方法得到的波束会出现如图3所示的变形，特别是宽波束大角度扫描情形，这种变形严重到将会影响雷达天线的精度，使雷达性能下降。文献（汪茂光，吕善伟，刘瑞祥.《阵列天线分析与综合》.成都：电子科技大学出版社，1989.pp:108-113）、（薛正辉，李伟明，任武.《阵列天线分析与综合》.北京：北京航空航天大学，2011.pp：267-273）中均对该现象有阐述。
目前针对这一现象国内外资料上还未见有相应的解决方法，工程应用中只能在满足工程指标的情况下容忍一定程度的波束变形。本发明通过对阵列天线各单元激励相位进行调整从而达到控制天线波束形状的目的。
发明内容
针对现有的技术缺点，本发明为提高雷达天线的扫描精度，提出一种通用的平面阵列天线电扫波束形状控制方法，具体包含以下步骤：
第一步：已知A-E坐标下未扫描的波束形状数据F0(A,E)以及天线波束方位、俯仰扫描角(As，Es)；
第二步：以波束形状数据F0(A,E)以及扫描角(As，Es)构造A-E坐标系下的天线未变形扫描波束P0(A,E)；
第三步：将P0(A,E)按照公式,变换成U-V坐标系下的波束P0(U,V)；
第四步：以波束P0(U,V)为目标，采用优化算法优化阵列单元的激励相位，得到修正的波束P1(U,V)；
第五步：将P1(U,V)按照公式，变换成A-E坐标系下的优化波束P1(A,E)。
上述第四步中的优化算法可以是迭代傅里叶算法。
本发明与现有技术方法相比，其有益效果是：
①针对平面阵列天线电扫过程中波束变形的缺点，本发明通过优化阵列中各阵元的激励相位值使变形的扫描波束得到了修正，提高了雷达天线的扫描精度。
②本发明通用性好，本发明不依赖平面阵列天线的阵元类型，基于任何类型阵元的平面阵列天线均可采用本方法进行波束控制，且待控制的阵列波束并不局限于特定的形状。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为波束形状控制方法流程图；
图2为理想波束扫描示意图；
图3为波束扫描变形示意图；
图4为扇形宽波束扫描变形示意图；
图5为扇形宽波束修正后的波束示意图。
具体实施方式
本说明书以40×40规模平面阵列为例进行天线波束电扫控制方法的说明，以下是波束形状扫描控制方法步骤。
第一步：已知A-E坐标系下未变形的扇形宽波束数据F0(A,E)，其方位、俯仰面分别扫描30°、15°。图4是采用式（1）计算的相位分布激励得到的波束形状，可以看出波束扫描后已经变形；
第二步：以该扇形宽波束F0(A,E)以及方位俯仰扫描角(30°,15°)，构造出天线扫描后未变形的波束P0(A,E)，按照如图2所示的方式构造；
第三步：将P0(A,E)按照公式，变换成U-V坐标系下的波束P0(U,V)；
第四步：以波束P0(U,V)为目标，采用优化算法调整阵列单元的激励相位，得到修正的波束P1(U,V)。本例中由于阵列规模较大，为了加快优化速度采用了迭代傅里叶的优化方法。在实施过程中，可以根据阵列规模以及波束形状选择合适的优化方法；
第五步：将P1(U,V)按照公式，变换成A-E坐标系下的优化波束P1(A,E)。经过该方法控制后的扫描波束如图5所示，图3所示的电扫波束在使用该方法后，扫描波束形状的变形已经得到了控制。
Claims (2)
1.一种平面阵列天线电扫波束形状控制方法，其特征在于包含以下步骤：
第一步：已知A-E坐标下未扫描的波束形状数据F0(A,E)以及天线波束方位、俯仰扫描角(As，Es)；
第二步：以波束形状数据F0(A,E)以及天线波束方位、俯仰扫描角(As，Es)，构造A-E坐标系下的天线未变形扫描波束P0(A,E)；
第三步：将P0(A,E)按照公式变换成U-V坐标系下的波束P0(U,V)；第四步：以波束P0(U,V)为目标，采用优化算法优化阵列单元的激励相位，得到修正的波束P1(U,V)；
第五步：将P1(U,V)按照公式变换成A-E坐标系下的优化波束P1(A,E)。
2.根据权利要求1所述的平面阵列天线电扫波束形状控制方法，其特征在于：所述的第四步中的优化算法可以是迭代傅里叶算法。
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