CN106526571B - 平面相控阵雷达及平面相控阵雷达控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例中公开了一种平面相控阵雷达和平面相控阵雷达控制方法，所述平面相控阵雷达的外形为正六边形，所述平面相控阵雷达包括2M‑1条一维相控阵雷达；其中M≥2。本发明实施例的配置相同数量的天线发射器所需要的面积较小，成本低。

Description

平面相控阵雷达及平面相控阵雷达控制方法

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，特别涉及一种平面相控阵雷达及平面相控阵雷达控制方法。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的系统，广泛应用于激光探测领域。为了适应于二维和/或三维探测，激光雷达发射出的激光光束需要旋转。为了达到使激光雷达发射的激光光束旋转，可以有两种方式。一种是采用机械装置使激光雷达本身发生旋转，第二种是使保持激光雷达本身静止或相对静止，仅使激光雷达发射的光束发生改变。相控阵雷达就是一种本身静止或相对静止，仅发射的光束发生改变的雷达。

相控阵雷达通常包括：激光发射及接收阵列，用于发射及接收多路激光；热光可调移相器，用于控制发射光束的相位，即用于控制发射光束的方向。

现有技术中的用来扫描二维的相控阵雷达通常是平面方阵型的，如图1所示，某一条波导管上的每个移相器的中位线与对应的其他波导管上的移相器的中位线是重合的。图1所示的相控阵雷达可以实现二维扫描，但是占用的面积较大，成本也较高。

发明内容

本发明实施例中提供了一种平面相控阵雷达，能减少尺寸，降低成本。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一方面，提供了一种平面相控阵雷达，所述平面相控阵雷达的外形为正六边形，所述平面相控阵雷达包括2M-1条一维相控阵雷达；

其中M≥2。

可选的，当1≤N≤M时，所述第N条一维相控阵雷达包括：

中间波导管，所述中间波导管包括M+N-1个直线部分和M+N-2个弧形部分，所述每个直线部分通过弧形部分与另一个直线部分相连；

M+N-1个天线发射器，设置于所述中间波导管的每个直线部分；

M+N-2个中间移相器，设置于所述中间波导管的每个弧形部分；

一个边缘移相器，设置于所述中间波导管的起始处；

其中M≥2。

可选的，当1＜N≤M时，所述第N条一维相控阵雷达还包括：

第一边缘波导管，用于连接所述第N条一维相控阵雷达的边缘移相器与所述第N-1条一维相控阵雷达的边缘移相器；

其中M≥3。

可选的，当M＜N≤2M-1时，所述第N条一维相控阵雷达包括：

中间波导管，所述中间波导管包括3M-N-1个直线部分和3M-N-2个弧形部分，所述每个直线部分通过弧形部分与另一个直线部分相连；

3M-N-1个天线发射器，设置于所述中间波导管的每个直线部分；

3M-N-2个中间移相器，设置于所述中间波导管的每个弧形部分；

一个边缘移相器，设置于所述中间波导管的起始处；

其中M≥2。

可选的，当M＜N≤2M-1时，所述第N条一维相控阵雷达还包括：

第二边缘波导管，用于连接所述第N条一维相控阵雷达的边缘移相器与所述第N-1条一维相控阵雷达的中间波导管，其中，所述第二边缘波导管与所述中间波导管的连接处为第一个中间移相器与第二个中间移相器之间的直线部分。

可选的，所述每一条一维相控阵雷达中设置有一条中间金属线，所述中间金属线依次与所述一维相控阵雷达中的中间移相器相连。

可选的，所述平面相控阵雷达还包括：

边缘金属线，用于与所述M+N-1个边缘移相器依次相连；

其中M≥2。

可选的，所述天线发射器与多个相邻所述天线发射器之间的距离相等。

可选的，所述多条中间波导管的多个直线部分相互平行。

第二方面，提供了一种平面相控阵雷达控制方法，所述方法应用于上述任一项所述的平面相控阵雷达，所述方法包括：

金属线控制输入电功率，通过所述输电功率控制移相器的温度，以控制发射光束的相位。

本发明的实施例中公开了一种平面相控阵雷达，该平面相控阵雷达的外形为正六边形，该平面相控阵雷达包括2M-1条一维相控阵雷达。本发明实施例的平面相控阵雷达将外形改为正六边形，设置相同数量的天线发射器所需要的面积较小，因此可以降低尺寸，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为现有技术中的平面相控阵雷达结构示意图；

图2所示为本发明实施例的平面相控阵雷达的结构示意图；

图3所示为本发明实施例的平面相控阵雷达的结构示意图；

图4所示为本发明实施例的平面相控阵雷达的天线发射器之间距离的示意图；

图5所示为本发明实施例的M＝4时天线发射器分布的示意图；

图6所示为本发明实施例的M＝4的平面相控阵雷达的每个天线发射器的相位分布示意图。

图7所示为本发明实施例的M＝3的平面相控阵雷达的每个天线发射器的相位分布示意图。

具体实施方式

本发明如下实施例提供了一种平面相控阵雷达，可以降低尺寸，降低成本。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2所示为本发明实施例的平面相控阵雷达的结构示意图，所述平面相控阵雷达的外形为正六边形，所述平面相控阵雷达包括2M-1条一维相控阵雷达；其中M≥2。

图2所示的平面相控阵雷达外形为正六边形，包括七条一维相控阵雷达。

在本发明实施例中，当1≤N≤M时，所述第N条一维相控阵雷达包括：

中间波导管，所述中间波导管包括M+N-1个直线部分和M+N-2个弧形部分，所述每个直线部分通过弧形部分与另一个直线部分相连；

M+N-1个天线发射器，设置于所述中间波导管的每个直线部分；

M+N-2个中间移相器，设置于所述中间波导管的每个弧形部分；

一个边缘移相器，设置于所述中间波导管的起始处；

其中M≥2。

当1＜N≤M时，所述第N条一维相控阵雷达还包括：

第一边缘波导管，用于连接所述第N条一维相控阵雷达的边缘移相器与所述第N-1条一维相控阵雷达的边缘移相器；其中M≥3。

在本发明的其他实施例中，第一条一维相控阵雷达可以不包含边缘移相器，可以节约成本，降低功耗。

在本发明实施例中，当M＜N≤2M-1时，所述第N条一维相控阵雷达包括：

中间波导管，所述中间波导管包括3M-N-1个直线部分和3M-N-2个弧形部分，所述每个直线部分通过弧形部分与另一个直线部分相连；

3M-N-1个天线发射器，设置于所述中间波导管的每个直线部分；

3M-N-2个中间移相器，设置于所述中间波导管的每个弧形部分；

一个边缘移相器，设置于所述中间波导管的起始处；

其中M≥2。

通常，中间波导管的起始处指的是更靠近电源的一端，例如图2中靠近电源VC的一端。

当M＜N≤2M-1时，所述第N条一维相控阵雷达还包括：

第二边缘波导管，用于连接所述第N条一维相控阵雷达的边缘移相器与所述第N-1条一维相控阵雷达的中间波导管，其中，所述第二边缘波导管与所述中间波导管的连接处为第一个中间移相器与第二个中间移相器之间的直线部分。

实际应用中，本发明实施例的平面相控阵雷达的天线发射器以及中间移相器、边缘移相器的分布可以视为以第M条一维相控阵雷达为轴对称。

在理想状态下，边缘金属线可以是一条，依次从第一条一维相控阵雷达的边缘移相器连接至第2M-1条一维相控阵雷达的边缘移相器。在实际应用中，为了工艺等需求，边缘金属线可以是很多条，如图2中的270。

图2中，天线发射器例如210、211。中间移相器例如220、221，边缘移相器例如230、231，边缘波导管例如240、241，中间波导管例如250、251，中间金属线例如260、261，边缘金属线例如270。

图2中，边缘金属线270包括很多段，例如一条直线型的纵向的金属线，以及多条横向设置的金属线，这些横向设置的边缘金属线分别与一个边缘移相器相连，然后与直线型的纵向金属线相连。

值得注意的是，当M＜N≤2M-1时，边缘波导管241的连接方法与1≤N≤M时边缘波导管240的连接是不同的。

本发明的实施例中公开了一种平面相控阵雷达，该平面相控阵雷达的外形为正六边形，该平面相控阵雷达包括2M-1条一维相控阵雷达。本发明实施例的平面相控阵雷达将外形改为正六边形，设置相同数量的天线发射器所需要的面积较小，因此可以降低尺寸，降低成本。

图3所示为本发明实施例的平面相控阵雷达示意图，如图3所示，M＝3，因此有五条一维相控阵雷达，分别设置有3、4、5、4、3个天线发射器，每个一维相控阵雷达都设置有一个边缘移相器。这五条一维相控阵雷达还分别设置了2、3、4、3、2个中间移相器。

本发明实施例中的M并无上限，可以根据需求增加，图2所示为M＝4，图3所示为M＝3，其余实施例在此不在赘述。

本发明实施例中，天线发射器与多个相邻所述天线发射器之间的距离相等。

图4所示为本发明实施例的平面相控阵雷达的天线发射器之间距离的示意图；如图4所示，天线发射器401与天线发射器402、403、404、405、406、407相邻，401与上述相邻的天线发射器之间的距离相等。图4中的其他天线发射器、其他附图中的天线发射器均遵循此规则，在此不再赘述。

图4中为了更加清楚说明天线发射器之间的距离，并未示出中间金属线。图4中，虚线是为了示出天线发射器之间的距离，并不代表实际结构。

本发明实施例中，所述多条中间波导管的多个直线部分相互平行。

下面详细说明本发明实施例的平面相控阵雷达的相位计算方法。图5所示为本发明实施例的M＝4时天线发射器分布的示意图。

先假设有S个天线发射器，位置为：

(x₁,y₁,z₁),(x₂,y₂,z₂),...,(x_S,y_S,z_S) (1)

假设发射方向为K，而且长度是1,定义为：

K＝(K_x,K_y,K_z) (2)

符合条件：

定义λ为波长。

定义dp_j为每个天线发射器对应发射方向的距离：

定义dp_max为{dp_j}中的最大值：

假设d_j为每个天线发射器与dp_max之间的距离：

d_j＝dp_max-dp_j j＝1,2,...,S (6)

最后得出每个天线发射器的相位差(phase_j)为：

图6所示为本发明实施例的M＝4的平面相控阵雷达的每个天线发射器的相位分布示意图。

图7所示本发明实施例的M＝3的平面相控阵雷达的每个天线发射器的相位分布示意图。

从图6、图7中可直观的看出，在同一行中的相位差是相同的，即在某一条一维相控阵雷达中，相邻天线发射器之间的相位差是相同.

以图7为例，第一行中，180°、230°、280°之间依次相差50°，第二行，110°、160°、210°、260°之间依次相差50°。

如图6、图7所示，不同行中，斜行与斜行之间的相位差也是相同。

以图7为例，斜行7001，分别是180°、110°和40°，依次相差-70°，斜行7002分别是230°、160°、90°和20°，也是依次相差70°。

另一组斜行中，如图7中的7003，分别是280°、260°、240°，依次相差-20°。

本发明实施例中，相位差满足上述规律，因此只需要有两组移相器就可以控制平面相控阵雷达的相位，其中一组移相器控制直行相位，即中间移相器，另一组控制横行相位，即边缘移相器。每组移相器所产生的移相效果是相同的。

相位是由发热器的温度决定，温度是由输入电功率决定，所以理论上只需要有两种金属线控制输入电功率就可以了，一组控制中间移相器的电功率，即中间金属线，另一组控制边缘移相器的电功率，即边缘金属线，每组相连的移相器所接收的电功率是相同的。

和上述相控阵雷达相对应，本发明实施例还公开了一种平面相控阵雷达控制方法，所述方法应用于上述相控阵雷达，所述方法包括：

金属线控制输入电功率，通过所述输电功率控制移相器的温度，以控制发射光束的相位。

本发明实施例的平面相控阵雷达成本较低。

本发明的实施例中公开了一种平面相控阵雷达和平面相控阵雷达控制方法，该平面相控阵雷达的外形为正六边形，该平面相控阵雷达包括2M-1条一维相控阵雷达。本发明实施例的平面相控阵雷达将外形改为正六边形，设置相同数量的天线发射器所需要的面积较小，因此可以降低尺寸，降低成本。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，通用硬件包括通用集成电路、通用CPU、通用存储器、通用元器件等，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种平面相控阵雷达，其特征在于，所述平面相控阵雷达的外形为正六边形，所述平面相控阵雷达包括2M-1条一维相控阵雷达；其中M≥2；

第N(1≤N≤2M-1)条一维相控阵雷达包括：中间波导管、天线发射器、中间移相器和一个边缘移相器，所述中间波导管包括直线部分和弧形部分，每个直线部分通过所述弧形部分与另一个所述直线部分相连，所述天线发射器置于所述中间波导管的每个所述直线部分，所述中间移相器设置于所述中间波导管的每个所述弧形部分，所述边缘移相器设置于所述中间波导管的起始处；

中间金属线，所述中间金属线依次与所述一维相控阵雷达的所述中间移相器相连；

边缘金属线，用于与所述边缘移相器依次相连；

当1＜N≤M时，所述第N条一维相控阵雷达还包括：第一边缘波导管，用于连接所述第N条一维相控阵雷达的边缘移相器与所述第N-1条一维相控阵雷达的边缘移相器；

当M＜N≤2M-1时，所述第N条一维相控阵雷达还包括：第二边缘波导管，用于连接所述第N条一维相控阵雷达的边缘移相器与所述N-1条一维相控阵雷达的中间波导管，其中，所述第二边缘波导管与所述中间波导管的连接处为第一中间移相器与第二中间移相器之间的直线部分；

所述天线发射器与多个相邻所述天线发射器之间的距离相等。

2.如权利要求1所述的雷达，其特征在于，当1≤N≤M时，所述第N条一维相控阵雷达包括：

中间波导管，所述中间波导管包括M+N-1个直线部分和M+N-2个弧形部分，所述每个直线部分通过弧形部分与另一个直线部分相连；

M+N-1个天线发射器，设置于所述中间波导管的每个直线部分；

M+N-2个中间移相器，设置于所述中间波导管的每个弧形部分；

一个边缘移相器，设置于所述中间波导管的起始处；

其中M≥2。

3.如权利要求2所述的雷达，其特征在于，当1＜N≤M时，所述第N条一维相控阵雷达还包括：

第一边缘波导管，用于连接所述第N条一维相控阵雷达的边缘移相器与所述第N-1条一维相控阵雷达的边缘移相器；

其中M≥3。

4.如权利要求1至3任一项所述的雷达，其特征在于，当M＜N≤2M-1时，所述第N条一维相控阵雷达包括：

中间波导管，所述中间波导管包括3M-N-1个直线部分和3M-N-2个弧形部分，所述每个直线部分通过弧形部分与另一个直线部分相连；

3M-N-1个天线发射器，设置于所述中间波导管的每个直线部分；

3M-N-2个中间移相器，设置于所述中间波导管的每个弧形部分；

一个边缘移相器，设置于所述中间波导管的起始处；

其中M≥2。

5.如权利要求4所述的雷达，其特征在于，当M＜N≤2M-1时，所述第N条一维相控阵雷达还包括：

第二边缘波导管，用于连接所述第N条一维相控阵雷达的边缘移相器与所述第N-1条一维相控阵雷达的中间波导管，其中，所述第二边缘波导管与所述中间波导管的连接处为第一个中间移相器与第二个中间移相器之间的直线部分。

6.如权利要求1至5任一项所述的雷达，多条中间波导管的多个直线部分相互平行。

7.一种平面相控阵雷达控制方法，其特征在于，所述方法应用于上述权利要求1至6任一项所述的平面相控阵雷达，所述方法包括：

金属线控制输入电功率，通过输电功率控制移相器的温度，以控制发射光束的相位。

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