CN108267720B - 用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关及调度方法 - Google Patents

用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关及调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关，包括N个功分器和M个P选1开关，M小于N，其中每个功分器接收一路Rotman透镜发送过来的射频信号，并将该路射频信号分为S路，从而形成S组N路射频信号，S组N路射频信号发送给M个P选1开关，P＝S*N/M，所述P选1开关分为S组，每组开关接收对应的一组N路信号，同一组的射频信号发送到不同的P选1开关，每个P选1开关选择其中的一路作为输出，从而形成同时M个波束输出，M个波束分成S组，每组M/S波束。本发明具有以下优点：降低处理设备量，对多组波束组的调度可以独立进行，保证波束调度的灵活性，系统具有模块化和可扩展的特点。

Description

用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关及调度方法
技术领域
本发明涉及相控阵技术领域，更具体涉及一种用于多目标搜索与跟踪的多波束选择开关。
背景技术
相控阵系统因其高的可靠性、灵活性和良好的可重复性越来越受到重视。相控阵系统可实现同时多波束并行工作，每个波束有着不同的指向。通过对多波束的选择和调度，可实现对不同空域的扫描和不同方位目标的搜索、跟踪。目前比较成熟的相控阵技术有宽带数字阵列技术、模拟阵列技术等。
宽带数字阵列技术的波束形成与调度在数字域进行，具有灵活度高的特点。但随着瞬时处理带宽的增加，系统设备量显著增加，重量、成本增大。基于Rotman透镜的模拟阵列技术具有结构简单，加工制作容易，成本低，且对加工精度要求不高等优点，在相对带宽较小系统中应用广泛。在模拟阵列技术中，对波束的选择和调度是用模拟器件实现的。然而传统多波束选择器件集成度不高、不可扩展，且波束选择策略多采用固定单一模板，灵活度不高。
发明内容
本发明目的是针对传统多波束选择器件集成度低、灵活性差等问题，提出一种用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关。本发明具有灵活度高、集成度高、可扩展和成本低等特点，适用于对性能指标及可靠性要求较高的航空平台应用。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关，包括N个功分器和M个P选1开关，M小于N，其中每个功分器接收一路Rotman透镜发送过来的射频信号，并将该路射频信号分为S路，从而形成S组N路射频信号，S组N路射频信号发送给M个P选1开关，P＝S*N/M，所述P选1开关分为S组，每组开关接收对应的一组N路信号，同一组的射频信号发送到不同的P选1开关，每个P选1开关选择其中的一路作为输出，从而形成同时M个波束输出，M个波束分成S组，每组M/S波束。
作为一个优选的案例，用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关包括：40个1分2功分器和8个10选1开关，所述40个功分器接收Rotman透镜发送过来的40路射频信号，其中1个功分器将其中1路射频信号功分为两路，这样就形成两组40路射频信号，发送给8个10选1开关，使用该多波束选择开关同时形成2个波束组，每组4个波束。
作为一个优选的案例，将这40路射频信号编号为(1，2，…，40)，第1个功分器将第1路射频信号功分成两路，分别发送给第1个和第5个10选1开关；以此类推，第1个开关的输入信号为(1，5，…，37)，共10路；第2个开关的输入信号为(2，6，…，38)，共10路；……第5个开关的输入信号为(1，5，…，37)，共10路；……以此类推。
作为一个优选的案例，所述8个10选1开关，分为两组，一组开关接收对应的一组40路射频信号，每个10选1开关接收10路射频信号，选择其中的1路作为输出，8个10选1开关就形成同时8波束输出，这8个波束分为两组，每组4波束。
作为一个优选的案例，形成的S组波束组的各组波束组的功能相同且独立，各组波束组的调度能够独立进行。
作为一个优选的案例，当波束组为2个时，对各组波束组的调度包括：
全搜索、搜索+跟踪和全跟踪三种工作模式；
全搜索模式下，所有波束组在指定空域进行搜索；
搜索+跟踪模式下，一个波束组在指定空域进行搜索，另一个波束组对目标进行跟踪；
全跟踪模式下，两个波束组分别对两个不同的目标进行跟踪。
作为一个优选的案例，搜索模式又分为快速搜索模式和精细搜索模式；
将相邻若干个不同空间指向的波束合称之为1个波位；
在快速搜索模式下，整个波束组逐个波位的移动进行扫描；
在精细搜索模式下，波束组逐个波束的移动进行扫描。
本发明还提供一种采用如上任一方案所述的用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关进行调度的方法，当波束组为2个时，使用该多波束选择开关对波束的调度包括全搜索、搜索+跟踪和全跟踪三种工作模式；
全搜索模式下，所有波束组在指定空域进行搜索；
搜索+跟踪模式下，一个波束组在指定空域进行搜索，另一个波束组对目标进行跟踪；
全跟踪模式下，两个波束组分别对两个不同的目标进行跟踪。
搜索模式又分为快速搜索模式和精细搜索模式。
将相邻若干个不同空间指向的波束合称之为1个波位；
在快速搜索模式下，整个波束组逐个波位的移动进行扫描；
在精细搜索模式下，波束组逐个波束的移动进行扫描。
本发明相比现有技术具有以下优点：针对Rotman透镜一类同时形成多个波束的网络，利用本波束选择开关分时选通部分波束进行处理，降低处理设备量。本波束选择开关可同时选通多组波束组，对多组波束组的调度可以独立进行，保证波束调度的灵活性。通过实际情况可相应的改变波束组数和每组的波束数，系统具有模块化和可扩展的特点。
附图说明
图1是本发明实施例用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关的原理框图。
图2说明如何调动波束组覆盖空间波位。
图3是本发明实施例的快速搜索模式原理框图。
图4是本发明实施例的精细搜索模式原理框图。
图5是本发明实施例的搜索+跟踪模式原理框图。
图6是本发明实施例的全跟踪模式原理框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关，其原理框图如图1所示，包括：40个1分2功分器和8个10选1开关。使用该多波束选择开关可同时形成2个波束组，每组4个波束。对波束组的灵活调度可实现全搜索、搜索+跟踪、全跟踪三种工作模式。
所述40个功分器接收Rotman透镜发送过来的40路射频信号，其中1个功分器将其中1路射频信号功分为两路。这样就形成两组40路射频信号，发送给8个10选1开关。为描述方便，将这40路射频信号编号为(1，2，…，40)，如图1所示。第1个功分器将第1路射频信号功分成两路，分别发送给第1个和第5个10选1开关；以此类推，第1个开关的输入信号为(1，5，…，37)，共10路；第2个开关的输入信号为(2，6，…，38)，共10路；……第5个开关的输入信号为(1，5，…，37)，共10路；……以此类推，具体如图1所示。
所述8个10选1开关，分为两组，一组开关接收对应的一组40路射频信号。每个10选1开关接收10路射频信号，选择其中的1路作为输出，如第1个开关从10路信号(1，5，…，37)中选择1路输出。这样8个10选1开关就形成同时8波束输出，这8个波束分为两组，每组4波束。两组波束组的功能相同且独立，对两组波束组的调度可以独立进行，保证波束调度的灵活性。为描述方便，将波束组包含的波束编号为(A，B，C，D)，具体如图1所示。
Rotman透镜形成的40个波束可覆盖作战空域，用本发明的多波束选择开关对40个波束进行选择即是对不同空间指向的波束的调度。将相邻4个不同空间指向的波束合称之为1个波位，如图2所示。在图2的示例中，波束组1的4个波束指向波位3，波束号为(9，10，11，12)，即第1个10选1开关选择射频信号9进行输出，第2个开关选择射频信号10进行输出……；波束组2的4个波束指向波位6，波束号为(21，22，23，24)。
通过本发明的多波束选择开关对波束的灵活调度可实现全搜索、搜索+跟踪和全跟踪三种工作模式。搜索模式又分为快速搜索模式和精细搜索模式，结合图3和图4具体对搜索方法进行描述。在快速搜索模式下，整个波束组逐个波位的移动进行扫描，每个波位包含4个相邻波束。如图3示例所示，波束组在波位2进行扫描搜索，此时多波束选择开关选择波束(5，6，7，8)输出；在下一时刻调动整个波束组到波位3进行扫描搜索，此时多波束选择开关选择波束(9，10，11，12)输出。这种搜索方式可以对作战空域进行快速搜索，但是在波位间存在测向盲区，例如图3中波束5和波束6间存在测向盲区。在精细搜索模式下，波束组逐个波束的移动进行扫描。如图4示例所示，波束组在波束(5，6，7，8)进行扫描，在下一时刻，只移动一个波束到(6，7，8，9)进行扫描。此时，波束组中的B，C，D号波束不动，A号波束从波束5变成9，即多波束选择开关输出为(9，6，7，8)。精细搜索模式不存在测向盲区。
搜索+跟踪模式原理框图如图5所示。在该模式下，一个波束组在指定空域进行搜索，另一个波束组对目标进行跟踪。在图5的示例中，波束组1处于快速搜索模式，波束组2对目标进行跟踪。为确保对目标的精确跟踪，应尽量保持波束组的中心指向目标，如图5所示，当目标方位从波束7移动到波束8时，波束组应从(5，6，7，8)移动至(6，7，8，9)，即波束组的A号波束从波束5变成9。
全跟踪模式原理框图如图6所示。在该模式下，两个波束组分别对两个不同的目标进行跟踪。
最后说明一下本发明的通用性。所述多波束选择开关接收40个波束，选择其中8个波束同时输出，8个波束又分为2个波束组，每组4波束。理论上，同时波束数可通过改变开关型号和个数而改变，波束组个数可通过改变功分器功分路数而改变。因此，本发明可根据实际使用情况相应的改变波束组数和每组的波束数，具有模块化、可扩展和灵活度高的特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关，其特征在于，包括N个功分器和M个P选1开关，M小于N，其中每个功分器接收一路Rotman透镜发送过来的射频信号，并将该路射频信号分为S路，从而形成S组N路射频信号，S组N路射频信号发送给M个P选1开关，P＝S*N/M，所述P选1开关分为S组，每组开关接收对应的一组N路信号，同一组的射频信号发送到不同的P选1开关，每个P选1开关选择其中的一路作为输出，从而形成同时M个波束输出，M个波束分成S组，每组M/S波束。
2.根据权利要求1所述的用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关，其特征在于，包括：40个1分2功分器和8个10选1开关，所述40个功分器接收Rotman透镜发送过来的40路射频信号，其中1个功分器将其中1路射频信号功分为两路，这样就形成两组40路射频信号，发送给8个10选1开关，使用该多波束选择开关同时形成2个波束组，每组4个波束。
3.根据权利要求2所述的用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关，其特征在于，将这40路射频信号编号为(1，2，…，40)，第1个功分器将第1路射频信号功分成两路，分别发送给第1个和第5个10选1开关；以此类推，第1个开关的输入信号为(1，5，…，37)，共10路；第2个开关的输入信号为(2，6，…，38)，共10路；……第5个开关的输入信号为(1，5，…，37)，共10路；……以此类推。
4.根据权利要求2所述的用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关，其特征在于，所述8个10选1开关，分为两组，一组开关接收对应的一组40路射频信号，每个10选1开关接收10路射频信号，选择其中的1路作为输出，8个10选1开关就形成同时8波束输出，这8个波束分为两组，每组4波束。
5.根据权利要求1至4任一项所述的用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关，其特征在于，形成的S组波束组的各组波束组的功能相同且独立，各组波束组的调度能够独立进行。
6.根据权利要求5所述的用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关，其特征在于，当波束组为2个时，对各组波束组的调度包括：
全搜索、搜索+跟踪和全跟踪三种工作模式；
全搜索模式下，所有波束组在指定空域进行搜索；
搜索+跟踪模式下，一个波束组在指定空域进行搜索，另一个波束组对目标进行跟踪；
全跟踪模式下，两个波束组分别对两个不同的目标进行跟踪。
7.根据权利要求6所述的用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关，其特征在于，搜索模式又分为快速搜索模式和精细搜索模式；
将相邻若干个不同空间指向的波束合称之为1个波位；
在快速搜索模式下，整个波束组逐个波位的移动进行扫描；
在精细搜索模式下，波束组逐个波束的移动进行扫描。
8.一种采用如权利要求1至5任一项所述的用于多目标搜索与跟踪的同时多波束选择开关进行调度的方法，其特征在于，当波束组为2个时，使用该多波束选择开关对波束的调度包括全搜索、搜索+跟踪和全跟踪三种工作模式；
全搜索模式下，所有波束组在指定空域进行搜索；
搜索+跟踪模式下，一个波束组在指定空域进行搜索，另一个波束组对目标进行跟踪；
全跟踪模式下，两个波束组分别对两个不同的目标进行跟踪。
9.根据权利要求8所述的进行调度的方法，其特征在于，搜索模式又分为快速搜索模式和精细搜索模式。
10.根据权利要求9所述的进行调度的方法，其特征在于，将相邻若干个不同空间指向的波束合称之为1个波位；
在快速搜索模式下，整个波束组逐个波位的移动进行扫描；
在精细搜索模式下，波束组逐个波束的移动进行扫描。
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