CN108680893A - 一种直角坐标系下天线发射方向图设定方法 - Google Patents
一种直角坐标系下天线发射方向图设定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108680893A CN108680893A CN201810303667.7A CN201810303667A CN108680893A CN 108680893 A CN108680893 A CN 108680893A CN 201810303667 A CN201810303667 A CN 201810303667A CN 108680893 A CN108680893 A CN 108680893A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coordinate system
- signal
- signal control
- control array
- polar coordinate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title abstract 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 claims description 13
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000000205 computational method Methods 0.000 claims 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/02—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using radio waves
- G01S3/14—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/28—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived simultaneously from receiving antennas or antenna systems having differently-oriented directivity characteristics
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明公开了一种直角坐标系下发射任意形状波束的信控阵的天线发射方向图设定方法,包括:设定直角坐标系下期望的发射波束形状;转换所述直角坐标系下期望的发射波束形状到极坐标系下;多项式拟合获得多项式系数;获得极坐标系下附加信号引起的相位项;获得所述信控阵每个信控阵元的发射信号;累加每个信控阵元的发射信号得到该信控阵极坐标系下的天线发射方向图;以及将所述极坐标系下的天线发射方向图转化到直角坐标系下。
Description
技术领域
本发明涉及天线领域,特别涉及信控阵的控制方法以及具有极坐标系下任意形状波束的信控阵的天线发射方向图设定方法。
背景技术
相控阵(Phased Array)技术的发明已经有一百多年的历史。通过调整每个阵元信号的相位或时延,相控阵不需要转动天线,就可以自由地实现波束的空间扫描,因而被广泛应用于雷达、通信、广播、射电天文、气象等领域。但是相控阵在发射脉冲时间内保持不变的发射波束指向,这使得在相控阵发射波束指向上的杂波和干扰等不希望被接收到的信号很容易被相控阵接收到,致使其容易被侦察和干扰。
通过调整每个阵元信号的频率,频控阵(Frequency Diverse Array,也译作频率分集阵列)可以生成具有距离依赖性的天线方向图,是一种可能解决相控阵缺点的阵列。但是频控阵的天线方向图具有时变性,这使得空间中感兴趣的位置在发射脉冲时间内只能得到有限的照射。因此频控阵是以牺牲发射能量为代价的,这限制了频控阵技术的应用。
通过联合调整每个阵元信号的幅度、频率和初相,信控阵(Signal DiverseArray)可以产生弯曲的发射波束,从而被用于雷达抗干扰之中。但是现有信控阵雷达的天线发射方向图不能产生任意形状的发射波束,这限制了信控阵技术的更多应用。
发明内容
针对现有技术中的天线阵列不能产生直角坐标系下具有任意形状的发射波束的问题,根据本发明的一个实施例,提供一种具有直角坐标系下任意形状发射波束的信控阵的天线发射方向图设定方法。
根据本发明的一个实施例,提供一种直角坐标系下发射任意形状波束的信控阵的天线发射方向图设定方法,包括:设定直角坐标系下期望的发射波束形状;转换所述直角坐标系下期望的发射波束形状到极坐标系下;多项式拟合获得多项式系数;获得极坐标系下附加信号引起的相位项;获得所述信控阵每个信控阵元的发射信号;累加每个信控阵元的发射信号得到该信控阵极坐标系下的天线发射方向图;以及将所述极坐标系下的天线发射方向图转化到直角坐标系下。
在本发明的一个实施例中,所述设定直角坐标系下期望的发射波束形状为x=p(y),其中p为任意函数,0≤y≤rmax,rmax为最大距离。
在本发明的一个实施例中,所述转换所述直角坐标系下期望的发射波束形状到极坐标系下的计算方法为:其中ρ从0开始逐渐增大。
在本发明的一个实施例中,所述多项式拟合获得多项式系数的计算方法为:多项式系数um满足其中M为多项式阶数。
在本发明的一个实施例中,所述获得极坐标系下附加信号引起的相位项的计算方法为:其中k为阵元编号,c为光速。
在本发明的一个实施例中,所述获得所述信控阵每个信控阵元的发射信号的计算方法为sk(t)=w(k,t)Aexp{jφ(k,t)},其中k为阵元编号,w(k,t)为幅度加权,A为信号幅度,φ(k,t)为信号相位。
在本发明的一个实施例中,所述幅度加权的计算方法为
在本发明的一个实施例中,所述信号相位的计算方法为φ(k,t)=2π[f(t)+g(k,t)+φ0(k)],其中f(t)为载频引起的相位项,g(k,t)为附加信号引起的相位项,φ0(k)为初始相位项。
在本发明的一个实施例中,所述载频引起的相位项的计算方法为f(t)=f0t,其中f0为载频。
在本发明的一个实施例中,所述附加信号引起的相位项的计算方法为g(k,t)=q(k,t)。
在本发明的一个实施例中,所述初始相位项的计算方法为 其中d为阵元间距,α0为波束指向,λ0为信号波长。
在本发明的一个实施例中,所述信号波长的计算方法为λ0=c/f0,其中f0为载频,c为光速。
在本发明的一个实施例中,所述累加每个信控阵元的发射信号得到该信控阵极坐标系下的天线发射方向图的计算方法为:
其中
本发明提供一种具有直角坐标系下任意形状发射波束信控阵的天线发射方向图设定方法,首先设定直角坐标系下的期望发射波束形状,接下来把期望发射波束形状转换到极坐标系下,然后通过多项式拟合方法找到多项式系数,接下来获得附加信号引起的相位项,然后计算信控阵各阵元的发射信号形式,最后将每个信控阵阵元的发射信号相参累加,得到期望的发射波束方向图。通过灵活调整本发明提供的信控阵中各个阵元的幅度、频率和初相,该信控阵可以产生直角坐标系下任意形状的发射波束。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征,将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解,这些附图只描绘本发明的典型实施例,因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中,为了清楚明了,相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出根据本发明的一个实施例提供的直角坐标系下期望的发射波束形状示意图。
图2示出根据本发明的一个实施例提供的直角坐标系下期望的发射波束形状转换到极坐标系下的结果图。
图3示出根据本发明的一个实施例提供的发射波束形状的多项式拟合前后的结果对比图。
图4示出根据本发明的一个实施例提供的极坐标系下的发射波束方向图。
图5示出根据本发明的一个实施例提供的直角坐标系下的发射波束方向图。
具体实施方式
在以下的描述中,参考各实施例对本发明进行描述。然而,本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中,未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地,为了解释的目的,阐述了特定数量、材料和配置,以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而,本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外,应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
在本说明书中,对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是,本发明的实施例以特定顺序对步骤进行描述,然而这只是为了方便区分各步骤,而并不是限定各步骤的先后顺序,在本发明的不同实施例中,可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
本发明提供一种具有直角坐标系下任意形状发射波束信控阵的天线发射方向图设定方法,首先设定直角坐标系下的期望发射波束形状,接下来把期望发射波束形状转换到极坐标系下,然后通过多项式拟合方法找到多项式系数,接下来获得附加信号引起的相位项,然后计算信控阵各阵元的发射信号形式,最后将每个信控阵阵元的发射信号相参累加,得到期望的发射波束方向图。通过灵活调整本发明提供的信控阵中各个阵元的幅度、频率和初相,该信控阵可以产生直角坐标系下任意形状的发射波束。
在本发明的一个实施例中,以N个天线阵元按照一维线性均匀阵列排列为例(二维排列的相控阵与一维排列一样,二维排列的信控阵可以根据一维排列进行扩展,在此不再详述),每个信控阵阵元的发射信号为:
sk(t)=w(k,t)Aexp{jφ(k,t)} (1)
其中:
k为阵元编号,
w(k,t)为幅度加权,
A为信号幅度,
φ(k,t)为信号相位,其具有如下形式:
φ(k,t)=2π[f(t)+g(k,t)+φ0(k)] (2)
其中:
f(t)为载频引起的相位项,
g(k,t)为附加信号引起的相位项,
φ0(k)为初始相位项。
具体计算公式如下:
f(t)=f0t (3)
其中,f0为载频。
g(k,t)=q(k,t) (4)
其中,d为阵元间距,α0为波束指向,λ0为信号波长。
λ0=c/f0 (6)
其中,f0为载频,c为光速。
设定期望的x-y直角坐标系下的发射波束形状为
x=p(y) (8)
其中0≤y≤rmax,rmax为最大距离。
将期望的直角坐标系下的发射波束转换到极坐标系下:
注意转换后的极坐标系下的ρ必须是从0开始逐渐增大的。
通过多项式拟合方法,找到满足
的多项式系数um,M为多项式阶数。
至此,得到附加信号引起得相位项
发射信号相参累加后得到的天线方向图为:
其中,
在本发明的一个实例中,N=50,A=1,f0=8GHz,α0=0°,rmax=300km,w(k)为海明权,M=30。
如图1所示,我们希望产生的波束形状为
然后根据公式(9)和(10),我们把期望的波束形状转换到极坐标系下,如图2所示。
然后我们通过多项式拟合方法,找到满足公式(11)的多项式系数um。多项式拟合前后的结果如图3所示。
然后根据公式(12)得到附加信号引起的相位项。再根据公式(1)得到每个信控阵阵元的发射信号。
将每个信控阵阵元的发射信号相参累加,得到极坐标系下的天线发射方向图,如图4所示。再将其转换到直角坐标系下,如图5所示。
从图1和图5对比可见:
本发明提供的信控阵可以产生直角坐标系下的期望发射波束形状。
因此,本发明提供的该种信控阵的天线发射方向图设定方法,通过首先设定直角坐标系下的期望发射波束形状,接下来把期望发射波束形状转换到极坐标系下,然后通过多项式拟合方法找到多项式系数,接下来获得附加信号引起的相位项,然后计算信控阵各阵元的发射信号形式,最后将每个信控阵阵元的发射信号相参累加,得到期望的发射波束方向图。通过灵活调整本发明提供的信控阵中各个阵元的幅度、频率和初相,该信控阵可以产生直角坐标系下任意形状的发射波束。
尽管上文描述了本发明的各实施例,但是,应该理解,它们只是作为示例来呈现的,而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是,可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此,此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制,而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。
Claims (12)
1.一种直角坐标系下发射任意形状波束的信控阵的天线发射方向图设定方法,包括:
设定直角坐标系下期望的发射波束形状;
转换所述直角坐标系下期望的发射波束形状到极坐标系下;
多项式拟合获得多项式系数;
获得极坐标系下附加信号引起的相位项;
获得所述信控阵每个信控阵元的发射信号;
累加每个信控阵元的发射信号得到该信控阵极坐标系下的天线发射方向图;以及
将所述极坐标系下的天线发射方向图转化到直角坐标系下。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述设定直角坐标系下期望的发射波束形状为x=p(y),其中p为任意函数,0≤y≤rmax,rmax为最大距离。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述转换所述直角坐标系下期望的发射波束形状到极坐标系下的计算方法为: 其中ρ从0开始逐渐增大。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述多项式拟合获得多项式系数的计算方法为:多项式系数um满足其中M为多项式阶数。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获得极坐标系下附加信号引起的相位项的计算方法为:其中k为阵元编号,c为光速。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获得所述信控阵每个信控阵元的发射信号的计算方法为sk(t)=w(k,t)Aexp{jφ(k,t)},其中k为阵元编号,w(k,t)为幅度加权,A为信号幅度,φ(k,t)为信号相位。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述幅度加权的计算方法为
8.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述信号相位的计算方法为φ(k,t)=2π[f(t)+g(k,t)+φ0(k)],其中f(t)为载频引起的相位项,g(k,t)为附加信号引起的相位项,φ0(k)为初始相位项。
9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述载频引起的相位项的计算方法为f(t)=f0t,其中f0为载频。
10.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述附加信号引起的相位项的计算方法为g(k,t)=q(k,t)。
11.如权利要求8所述的方法,其特征在于,所述初始相位项的计算方法为其中d为阵元间距,α0为波束指向,λ0为信号波长。
12.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述累加每个信控阵元的发射信号得到该信控阵极坐标系下的天线发射方向图的计算方法为:
其中
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810303667.7A CN108680893B (zh) | 2018-04-03 | 2018-04-03 | 一种直角坐标系下天线发射方向图设定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810303667.7A CN108680893B (zh) | 2018-04-03 | 2018-04-03 | 一种直角坐标系下天线发射方向图设定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108680893A true CN108680893A (zh) | 2018-10-19 |
CN108680893B CN108680893B (zh) | 2019-08-30 |
Family
ID=63800786
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810303667.7A Active CN108680893B (zh) | 2018-04-03 | 2018-04-03 | 一种直角坐标系下天线发射方向图设定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108680893B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111813135A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-23 | 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) | 双坐标系全空域阵列波束跟踪方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104808178A (zh) * | 2014-01-23 | 2015-07-29 | 西安电子科技大学 | 一种机载雷达发射方向图设计方法 |
CN105226393A (zh) * | 2015-10-12 | 2016-01-06 | 北京邮电大学 | 阵列天线、阵列天线方向图的赋形装置及赋形方法 |
CN106291474A (zh) * | 2016-08-22 | 2017-01-04 | 西安电子科技大学 | 基于圆柱阵的集中式mimo雷达波形优化方法 |
CN106549235A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-03-29 | 四川九洲电器集团有限责任公司 | 一种相控阵列天线方向图性能参数优化方法及电子设备 |
CN106921048A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-07-04 | 上海微小卫星工程中心 | 信控阵阵元及信控阵 |
CN107329134A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-11-07 | 电子科技大学 | 一种基于阵元馈电波形控制的波控阵超宽带雷达天线阵列 |
CN107728123A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-02-23 | 中国电子科技集团公司信息科学研究院 | 雷达极‑直坐标转换观测精度分析方法、装置和系统 |
-
2018
- 2018-04-03 CN CN201810303667.7A patent/CN108680893B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104808178A (zh) * | 2014-01-23 | 2015-07-29 | 西安电子科技大学 | 一种机载雷达发射方向图设计方法 |
CN105226393A (zh) * | 2015-10-12 | 2016-01-06 | 北京邮电大学 | 阵列天线、阵列天线方向图的赋形装置及赋形方法 |
CN106291474A (zh) * | 2016-08-22 | 2017-01-04 | 西安电子科技大学 | 基于圆柱阵的集中式mimo雷达波形优化方法 |
CN106549235A (zh) * | 2016-10-21 | 2017-03-29 | 四川九洲电器集团有限责任公司 | 一种相控阵列天线方向图性能参数优化方法及电子设备 |
CN106921048A (zh) * | 2017-03-27 | 2017-07-04 | 上海微小卫星工程中心 | 信控阵阵元及信控阵 |
CN107329134A (zh) * | 2017-06-29 | 2017-11-07 | 电子科技大学 | 一种基于阵元馈电波形控制的波控阵超宽带雷达天线阵列 |
CN107728123A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-02-23 | 中国电子科技集团公司信息科学研究院 | 雷达极‑直坐标转换观测精度分析方法、装置和系统 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
李院平: "Copon法与MUSIC法求解七单元线形天线波阵达方向比较研究", 《激光杂志》 * |
王子潇: "《北京理工大学硕士论文》", 31 January 2016 * |
郭汝江 等: "频控阵及其衍生阵列的发射波束时变性分析", 《第十三届卫星通信学术年会论文集》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111813135A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-23 | 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) | 双坐标系全空域阵列波束跟踪方法 |
CN111813135B (zh) * | 2020-06-29 | 2023-03-31 | 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) | 双坐标系全空域阵列波束跟踪方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108680893B (zh) | 2019-08-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2541679A1 (en) | Wideband beam forming device, wideband beam steering device and corresponding methods | |
CN111352078B (zh) | 杂波下基于admm的低截获频控阵mimo雷达系统的设计方法 | |
CN111352080B (zh) | Papr和相似性约束下低截获频控阵mimo雷达系统的设计方法 | |
CN109116297B (zh) | 一种被动雷达空间谱估计与合成波束的联合测向方法 | |
CN105158756A (zh) | 集中式mimo雷达射频隐身时多目标跟踪波束指向方法 | |
CN104076337B (zh) | 基于阵元幅相误差校正的机载雷达杂波抑制方法 | |
CN110703209A (zh) | 高重频机载前视阵雷达地面距离模糊杂波的抑制方法 | |
CN105866746A (zh) | 一种数字相控阵中fmcw体制t/r单元的应用 | |
CN104777467B (zh) | 基于频率扫描天线的目标检测方法 | |
CN111352079B (zh) | 一种基于频控阵mimo雷达的低截获系统的设计方法 | |
CN110988811A (zh) | 一种应用于稀疏布阵宽带相控阵的栅瓣解模糊方法 | |
CN111352077B (zh) | 基于多比例分式规划的低截获频控阵mimo雷达系统的设计方法 | |
CN108680893B (zh) | 一种直角坐标系下天线发射方向图设定方法 | |
CN110794400A (zh) | 一种基于频控阵的地形匹配方法 | |
CN108089161B (zh) | 一种基于功率反馈的天线阵列合成波束空域选择方法 | |
CN113376590B (zh) | 一种空时编码阵列雷达中阵元间时延量的设计方法 | |
CN113238212B (zh) | 基于空时编码的频率分集阵列雷达距离分辨率增强方法 | |
Yu et al. | Transmitting strategy with high degrees of freedom for pulsed‐coherent FDA radar | |
CN111257847B (zh) | 基于模拟退火算法的fda雷达方向图去耦合方法 | |
CN111817766B (zh) | 联合阵列天线单元方向图的波束形成方法 | |
CN108663663B (zh) | 一种极坐标系下天线发射方向图设定方法 | |
CN110531354B (zh) | 一种频控扫描雷达色散信号的二维成像方法 | |
CN106921048A (zh) | 信控阵阵元及信控阵 | |
CN107436970B (zh) | 基于序列二次规划的三坐标雷达赋形方向图设计方法 | |
CN113820665B (zh) | 一种基于时间分集阵子阵划分的空域覆盖范围增强方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |