CN108710133B - 一种平面相控阵换能器阵及相控方法 - Google Patents

一种平面相控阵换能器阵及相控方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的是比一种平面相控阵换能器阵及相控方法。将平面相控阵换能器划分为4个象限，每个象限按照横纵两维进行基元抽头，每个象限横向维度4个抽头、纵向维度4个抽头，共8个抽头，1个公用地。多波束模式下，对①‑④象限基元横向维度或纵向维度分别进行相控，实现横向或纵向三波束发射与接收；对①‑④象限基元横向维度及纵向维度同时进行相控，实现五波束发射与接收。分裂波束模式下，①‑④象限所有基元不进行相控实现相控阵法线方向单波束发射，①‑④象限基元不进行相控按照划分的4个象限独立进行接收，实现分裂波束发射与接收。本发明采用此布阵及相控方法的探鱼声呐同时满足渔业资源监测、声学调查等方面需求。

Description

一种平面相控阵换能器阵及相控方法
技术领域
本发明涉及的是一种相控阵换能器阵。本发明也涉及一种相控阵换能器阵的相控方法。
背景技术
探鱼声呐在渔业资源评估领域具有广泛应用，三波束、五波束模式由于探测方向更多，能在不同方向上获取鱼群声散射信号，适合用于渔业资源监测；分裂波束模式能够获得鱼类单体在波束中的准确位置，适合于基于鱼类目标强度测定方法的渔业资源声学调查。申请号为2014101958658的专利文件中，公开了一种五波束探鱼仪换能器相控装置，提出了一种五波束换能器基阵相控方法，但是不能通过同一个换能器实现分裂波束收发，使得应用该换能器基阵相控方法的探鱼声呐性能不够完备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过一个换能器基阵就能实现三波束、五波束、分裂波束发射与接收的平面相控阵换能器阵。本发明的目的还在于提供一种基于本发明的平面相控阵换能器阵的相控方法。
本发明的目的是这样实现的：
本发明的平面相控阵换能器阵平面相控阵划分为4个象限，每个象限分为横纵两维，每维方向上由N个基元组成，其中N根据所需波束宽度进行确定；成阵时，每个象限各行的白色基元分别连接在一起、构成纵向线阵的“点”基元，各列的黑色基元连接在一起、构成横向线阵的“点”基元。
每个象限横向维度4个抽头、纵向维度4个抽头，共8个抽头，1个公用地，整个换能器共33个抽头。
基于本发明的平面相控阵换能器阵的相控方法为：
多波束模式下，对①-②象限、③-④象限各行白色“点”基元进行发射与接收相控，在空间形成纵向的窄发射与接收波束；将①-③象限、②-④象限各列黑色“点”基元进行发射与接收相控，在空间形成横向的宽/窄发射与接收波束；分裂波束模式下，4个象限所有基元不进行相控同时发射，在空间形成法线方向发射单波束，①象限、②象限、③象限、④象限各个象限基元独立接收，在空间上形成分裂波束接收。
多波束模式下，①、②、③、④象限所有基元横向维度或纵向维度通过2路发射机进行相控驱动，4路接收机对接收信号进行调理放大以用于后续波束形成，进而实现横向或纵向三波束发射与接收；①、②、③、④象限所有基元横向维度及纵向维度同时通过4路发射机进行相控驱动，8路接收机对接收信号进行调理放大以用于后续波束形成，进而实现五波束发射与接收。
分裂波束模式下，①、②、③、④象限所有基元通过1路发射机不进行相控驱动，实现相控阵法线方向单波束发射；①、②、③、④象限通过4路接收机按照4个象限独立接收，进而实现分裂波束接收。
本发明提供了一种平面相控阵换能器布阵及相控方法，利用同一个平面相控阵换能器实现三波束、五波束以及分裂波束发射与接收。
本发明的优点是：通过同一个换能器基阵，实现三波束、五波束、分裂波束发射与接收，采用此布阵及相控方法的探鱼声呐同时满足渔业资源监测、声学调查等方面需求。
附图说明
图1是平面相控阵换能器布阵示意图；
图2a-图2d是不同模式下波束配置示意图，其中图2a为五波束，图2b为横向三波束，图2c为纵向三波束，图2d为分裂波束；
图3a-图3b是某象限“点”基元抽头方法示意图；
图4是平面相控阵换能器相控方法示意图。
具体实施方式
本发明的平面相控阵划分为4个象限，每个象限分为横纵两维，每维方向上由N个基元组成，其中N根据所需波束宽度进行确定。成阵时，每个象限各行的白色基元分别连接在一起，构成纵向线阵的“点”基元，各列的黑色基元连接在一起，构成横向线阵的“点”基元。多波束模式下，对①-②象限、③-④象限各行白色“点”基元进行发射与接收相控，可以在空间形成纵向的窄发射与接收波束。同理，将①-③象限、②-④象限各列黑色“点”基元进行发射与接收相控，可以在空间形成横向的宽/窄发射与接收波束。分裂波束模式下，4个象限所有基元不进行相控同时发射，可以在空间形成法线方向发射单波束，①象限、②象限、③象限、④象限各个象限基元独立接收，可以在空间上形成分裂波束接收。每个象限横向维度4个抽头、纵向维度4个抽头，共8个抽头，1个公用地，整个换能器共33个抽头。
多波束模式下，①、②、③、④象限所有基元横向维度或纵向维度通过2路发射机进行相控驱动，4路接收机对接收信号进行调理放大以用于后续波束形成，进而实现横向或纵向三波束发射与接收；①、②、③、④象限所有基元横向维度及纵向维度同时通过4路发射机进行相控驱动，8路接收机对接收信号进行调理放大以用于后续波束形成，进而实现五波束发射与接收。
分裂波束模式下，①、②、③、④象限所有基元通过1路发射机不进行相控驱动，实现相控阵法线方向单波束发射；①、②、③、④象限通过4路接收机按照4个象限独立接收，进而实现分裂波束接收。
下面举例对本发明做更详细的描述。
定义①象限的抽头为X11、X12、X13、X14、Y11、Y12、Y13、Y14，定义象限②的抽头为X21、X22、X23、X24、Y21、Y22、Y23、Y24，以此类推，定义象限4的抽头为X41、X42、X43、X44、Y41、Y42、Y43、Y44，上述定义中X代表横向维度抽头，Y代表纵向维度抽头，4个象限共32个抽头，1个共用地，整个换能器共33个抽头。
多波束模式下，需要4路发射机，即发射机1-发射机4，需要8路接收机，即接收机1-接收机8，其中发射机1与发射机2产生的换能器驱动信号相位相同，设为S1，发射机3与发射机4产生的换能器驱动信号相位相同，设为S2，S1与S2之间满足S2＝S1*exp(1j*π/2)，即S1与S2之间相差π/2相位。五波束情况下，发射机1-发射机4全部工作，用于驱动换能器向水中产生发射五波束，并由接收机1-接收机8对换能器接收信号进行调理放大以用于后续波束形成，形成接收五波束；三波束情况下，发射机1、发射机3工作，用于驱动换能器向水中产生发射横向三波束，并由接收机1、接收机2、接收机5、接收机6对换能器接收信号进行调理放大以用于后续波束形成，形成接收横向三波束，发射机2、发射机4工作，用于驱动换能器向水中产生发射纵向三波束，并由接收机3、接收机4、接收机7、接收机8对换能器接收信号进行调理放大以用于后续波束形成，形成接收纵向三波束。
分裂波束情况下，需要1路发射机，即发射机5，需要4路接收机，即接收机9-接收机12，接收机5工作用于驱动换能器向水中产生发射单波束，并由接收机9-接收机12对换能器接收信号进行调理放大以用于后续数据处理，形成按照划分象限接收的分裂波束。
综上所述，共需5路发射机，12路接收机，即可通过一个换能器实现三波束、五波束、分裂波束发射与接收。
本发明的优点是：通过同一个换能器基阵，实现三波束、五波束、分裂波束发射与接收，采用此布阵及相控方法的探鱼声呐同时满足渔业资源定点监测、精细化探测、声学调查等方面需求。

Claims (1)

1.一种平面相控阵换能器的相控方法，其特征是：所述平面相控阵划分为4个象限，每个象限分为横纵两维，每维方向上由N个基元组成，其中N根据所需波束宽度进行确定；成阵时，每个象限各行的白色基元分别连接在一起、构成纵向线阵的“点”基元，各列的黑色基元连接在一起、构成横向线阵的“点”基元；
多波束模式下，对①-②象限、③-④象限各行白色“点”基元进行发射与接收相控，在空间实现纵向的窄发射与接收波束；将①-③象限、②-④象限各列黑色“点”基元进行发射与接收相控，在空间实现横向的宽/窄发射与接收波束；分裂波束模式下，4个象限所有基元不进行相控同时发射，在空间实现法线方向发射单波束，①象限、②象限、③象限、④象限各个象限基元独立接收，在空间上实现分裂波束接收；
多波束模式下，①、②、③、④象限所有基元横向维度或纵向维度通过2路发射机进行相控驱动，4路接收机对接收信号进行调理放大以用于后续波束形成，进而实现横向或纵向三波束发射与接收；①、②、③、④象限所有基元横向维度及纵向维度同时通过4路发射机进行相控驱动，8路接收机对接收信号进行调理放大以用于后续波束形成，进而实现五波束发射与接收；
分裂波束模式下，①、②、③、④象限所有基元通过1路发射机不进行相控驱动，实现相控阵法线方向单波束发射；①、②、③、④象限通过4路接收机按照4个象限独立接收，进而实现分裂波束接收；
每个象限横向维度4个抽头、纵向维度4个抽头，4个象限共32个抽头，1个公用地，整个换能器共33个抽头。
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