CN109541550B - 一种相控阵天线快速波束切换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相控阵天线快速波束切换的方法，主要解决现有技术中存在的现有相控阵天线波束控制采用FPGA程序进行实时解算，所需解算时间长且波束切换太慢的问题。该方法通过波控参数控制、生成波束、建立连接、擦除Flash、重启天线、烧写波束起始地址、烧写波束数据、系统初始化、波束起始地址、读取波束数据、写入波束数据和实现波束切换。通过上述方案，本发明达到了解算时间短且能快速实现波束切换的目的，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

一种相控阵天线快速波束切换的方法

技术领域

本发明属于雷达通信技术领域，具体地讲，是涉及一种相控阵天线快速波束切换的方法。

背景技术

相控阵天线指的是通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线。控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的。在特殊情况下，也可以控制副瓣电平、最小值位置和整个方向图的形状，例如获得余割平方形方向图和对方向图进行自适应控制等。用机械方法旋转天线时，惯性大、速度慢，相控阵天线克服了这一缺点，波束的扫描速度高。它的馈电相位一般用电子计算机控制，相位变化速度快(毫秒量级)，即天线方向图最大值指向或其他参数的变化迅速，这是相控阵天线的最大特点。

而传统的相控阵天线波束控制都采用FPGA程序进行实时解算，这样解算的时间太长，波束切换的时间太慢，这样处理速度在应用于雷达领域会带来一系列的问题，雷达领域精准快的理念相悖，因此设计一款能够改变现有解算时间长，波束切换慢的相控阵天线快速波束切换方法是目前本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相控阵天线快速波束切换的方法，主要解决现有技术中存在的现有相控阵天线波束控制采用FPGA程序进行实时解算，所需解算时间长且波束切换太慢的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种相控阵天线快速波束切换的方法，包括如下步骤：

1)对相控阵天线进行天线波控参数配置，包含阵面通道分布、dx坐标、dy坐标、频率划分、波束地址以及波控协议的；

2)根据相控阵天线的相位计算公式和步骤1中的波控配置参数，通过上位机软件生成各个通道的理论相位，并将理论相位算出的值归一化到0～360°之间，再加上阵面校准幅相，得到各个通道的幅相，并根据各个通道的幅相取出对应的IQ值，根据AD5360芯片的换算公式计算出波束需要的频率和角度；

3)建立上位机与天线分机之间的通信连接；

4)在每次烧写程序前擦除天线分机上的Flash数据，保证烧写数据的正确性；

5)重新启动天线分机；

6)向Flash中烧写存储各个波束数据的起始地址；

7)根据波束的起始地址，向该地址写入波束数据；

8)天线上电后，FPGA处理芯片的程序会将波束数据起始地址初始化到RAM中，以备波束控制时使用；

9)天线分机接收到波束的频率和角度时，根据波束和角度从RAM中查询该波束的起始地址：

10)根据得到的波束数据的起始地址，连续读取阵面通道的数个数据，该数据则为该波束需要的数据；

11)将读取的波束数据写入到对应的AD5360芯片中；

12)最后通过AD5360的LDAC信号控制该芯片的输出电压值，以实现波束切换。

进一步地，所述步骤2中的相位计算公式为：

其中，

为波束的相位，θ为波束的角度。

具体地，所述步骤2中AD5360芯片的换算公式为：波束数据组＝频率等级×方位角度，数据深度＝波束数据组×通道数。

电压值(小数)＝＝8.192*(电压值(整数)*13142/65536-13184)/65536；

电压值(整数)＝(65536*电压值(小数)/8.192+13184)*65536/13142；

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过将天线波控参数配置完成后，通过上位机先将波束数据计算好，直接写入Flash中，当接收到波束控制指令后，直接采用查表的方式，直接在Flash中提取波束数据，最后将波束数据写入到AD5360芯片中，实现快速的波束切换。

(2)本发明方法主要节省了计算各个通道相位的过程，这样可以实现快速的波束切换，由于先计算好波束数据，所以在进行实时解算时，所花的时间更短，从而满足雷达领域要求的精准快的要求。

附图说明

图1为本发明的系统结构流程图。

图2为本发明波控参数配置图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1与图2所示，一种相控阵天线快速波束切换的方法，包括如下步骤：

对相控阵天线进行天线波控参数配置，包含阵面通道分布、dx坐标、dy坐标、频率划分、波束地址以及波控协议的；其中参数的具体配置如图2所示，并且波控参数配置更小功能及用途说明如下表所示：

表1波控配置各项功能及用途说明

根据相控阵天线的相位计算公式：

(其中，

为波束的相位，θ为波束的角度)和步骤1中的波控配置参数，用上位机软件生成各个通道的理论相位，并将理论相位算出的值归一化到0～360°之间，再加上阵面校准幅相，得到各个通道的幅相，并根据各个通道的幅相取出对应的IQ值，其中每个幅度和相位都对应唯一一组IQ值，根据AD5360芯片的换算公式：波束数据组＝频率等级×方位角度，数据深度＝波束数据组×通道数计算出波束需要的频率和角度；例如频率等级为7、方位角组为601、通道数为64，可以得出：

波束数据组＝7×601＝4207，

数据深度＝4207×64＝269248。

建立上位机与天线分机之间的通信连接，在每次烧写程序前擦除天线分机上的Flash数据，保证烧写数据的正确性，然后重新启动天线分机，并向Flash中烧写存储各个波束数据的起始地址；根据波束的起始地址，向该地址写入对应的波束数据。对天线进行上电，处理芯片的程序会将波束数据的起始地址初始化到FPGA处理芯片的RAM中，以备波束控制时使用，天线分机接收到波束的频率和角度时，根据波束和角度从RAM中查询该波束的起始地址，例如频率等级为6、角度为30°，得到的波束起始地址是393600，根据得到的波束数据的起始地址393600，连续读取64个阵面通道的数据，得到的数据则为该波束需要的数据，将读取的波束数据写入到对应的AD5360芯片中，最后通过控制信号实现波束切换，其中计算地址的公式为：地址＝方位角范围*10(0.1°为步进)*通道数*频率索引+方位角*10(0.1°为步进)*通道数。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而做出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种相控阵天线快速波束切换的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对相控阵天线进行天线波控参数配置，包含阵面通道分布、dx坐标、dy坐标、频率划分、波束地址以及波控协议的；

2)根据相控阵天线的相位计算公式和步骤1中的波控配置参数，通过上位机软件生成各个通道的理论相位，并将理论相位算出的值归一化到0～360°之间，再加上阵面校准幅相，得到各个通道的幅相，并根据各个通道的幅相取出对应的IQ值，根据AD5360芯片的换算公式计算出波束需要的频率和角度；

3)建立上位机与天线分机之间的通信连接；

4)在每次烧写程序前擦除天线分机上的Flash数据，保证烧写数据的正确性；

5)重新启动天线分机；

6)向Flash中烧写存储各个波束数据的起始地址；

7)根据波束的起始地址，向该地址写入波束数据；

8)天线上电后，FPGA处理芯片的程序会将波束数据起始地址初始化到RAM中，以备波束控制时使用；

9)天线分机接收到波束的频率和角度时，根据波束和角度从RAM中查询该波束的起始地址：

10)根据得到的波束数据的起始地址，连续读取阵面通道的数个数据，该数据则为该波束需要的数据；

11)将读取的波束数据写入到对应的AD5360芯片中；

12)最后通过AD5360的LDAC信号控制该芯片的输出电压值，以实现波束切换。

2.根据权利要求1所述的一种相控阵天线快速波束切换的方法，其特征在于，所述步骤2中的相位计算公式为：

其中，

为波束的相位，θ为波束的角度。

3.根据权利要求2所述的一种相控阵天线快速波束切换的方法，其特征在于，所述步骤2中AD5360芯片的换算公式为：波束数据组＝频率等级×方位角度，数据深度＝波束数据组×通道数。

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