CN111224246B - 一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法，根据接收信号的带宽，确定最佳阵元间距的选取；基于不同频点对应的半波长和阵元的间距，计算每个频点不出现栅瓣的扫描角度；根据所需的精度要求确定阵元的个数；根据得到的各个频点扫描角度，确定阵列个数以及阵列间的夹角；对每个阵列进行频域宽带波束形成。实现了基于均匀线阵的宽带波束的大角度扫描，且比目前的技术更简单，更容易实现，适应性强。

Description

一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法
技术领域
本公开属于扩大宽带波束的扫描角度技术领域，具体涉及一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
阵列天线是由许多小型天线单元通过一定排列组成的天线阵，常用的天线阵列形式包括一维线阵、二维圆阵和方阵等。均匀线阵是天线阵列中的典型，也是最简单、最常用的阵列结构。在各种阵列中，阵元间距一般都选取接收信号的半波长，阵元间距太小，会导致主瓣宽度变宽，减小精度，而且会使阵元间的互耦变大，导致阵列天线方向图旁瓣电平升高以及增益降低；阵元间距太大，就会导致波束大角度扫描时产生栅瓣，影响波束的扫描范围，这对进行太阳跟踪，观测太阳信号是十分不利的。
为了使波束在-90°到90°扫描时不产生栅瓣，需要天线的阵元间距小于半波长，但是在宽带波束形成中，由于信号带宽比较大，不能再看做单频点信号，如果取阵元间距为最低频点对应的半波长，则其他频点都会产生栅瓣，如果取最高频点对应的半波长，则不会有栅瓣的产生，但是主瓣宽度会变宽，降低了精度，同时由于天线的物理尺寸的约束，往往阵元间距不能达到最高频点对应的半波长。
据发明人了解，目前现有的解决方式多存在天线阵列排布不规则、受到机械转动速度、转动精度等方面的限制等问题。
发明内容
本公开为了解决上述问题，提出了一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法，本公开针对不同带宽信号以及扫描角度要求，可以灵活进行调整以适应所需要求。
根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：
一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法，包括以下步骤：
根据接收信号的带宽，确定最佳阵元间距的选取；
基于不同频点对应的半波长和阵元的间距，计算每个频点不出现栅瓣的扫描角度；
根据所需的精度要求确定阵元的个数；
根据得到的各个频点扫描角度，确定阵列个数以及阵列间的夹角；
对每个阵列进行频域宽带波束形成。
作为可选择的实施方式，相邻阵元间距一致。
作为可选择的实施方式，每个频点不出现栅瓣的扫描角度θi为：|sinθi|≤(λi-d)/d，其中，λi为不同频点对应的半波长，d为阵元的间距。
作为可选择的实施方式，所述阵元的个数根据带宽和扫描角度进行调整。
作为可选择的实施方式，使用多组均匀线阵进行波束形成，每组阵列扫描固定分区域，从而实现了大角度扫描。
作为可选择的实施方式，各阵列依次设置。
一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的系统，包括：
用于根据接收信号的带宽，确定最佳阵元间距的选取的模块；
用于基于不同频点对应的半波长和阵元的间距，计算每个频点不出现栅瓣的扫描角度的模块；
用于根据所需的精度要求确定阵元的个数的模块；
用于根据得到的各个频点扫描角度，确定阵列个数以及阵列间的夹角的模块；
用于对每个阵列进行频域宽带波束形成的模块。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法的步骤。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法的步骤。
与现有技术相比，本公开的有益效果为：
现有的宽带波束大角度扫描方案依赖于特定的天线以及复杂的算法，难以实现普适应。实现起来复杂。而且只能在一定程度上扩大相控阵波束扫描范围，在效率和速度上都无法满足太阳射电观测的需求。本公开通过使用多个均匀线阵组合分区扫描来提高扫描角度的方法，能够保每组阵列之间的波束扫描无缝衔接，同时具有结构、算法简单、易实现的优点。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本实施例的整体结构图；
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
传统的均匀线阵具有结构、算法简单、易实现的优点，但是在宽带波束扫描时栅瓣的出现限制了波束的扫描角度，为了解决由于栅瓣出现导致波束扫描角度小的问题，并充分保留均匀线阵的优点，本实施例提出了使用多个均匀线阵组合分区扫描来提高扫描角度的方法，具体的步骤如下：
a.根据接收信号的带宽，确定最佳阵元间距的选取。
b.根据公式|sinθi|≤(λi-d)/d求得每个频点不出现栅瓣的扫描角度θi，其中：λi为不同频点对应的半波长，d为阵元的间距。
c.根据所需的精度要求确定阵元的个数m。
d.根据步骤b中得到的各个频点扫描角度θi，确定阵列个数以及阵列间的夹角。
e.对每个阵列进行频域宽带波束形成。
步骤e的具体步骤为：先将每个阵列接收到的信号进行FFT处理转换到频域，然后对各个频点进行自适应波束形成。
上述方案能够实现基于均匀线阵的宽带波束的大角度扫描，且比目前的技术更简单，更容易实现，适应性强。
作为具体的实施例，图1是三组均匀线阵排列示意图，图中相邻阵元间距均为d，a为单个均匀线阵不出现栅瓣的扫描角度，为了实现大角度扫描，使用三组均匀线阵进行波束形成，每组阵列扫描固定分区域，从而实现了大角度扫描，为了使两组阵列之间的波束扫描无缝衔接，阵列之间夹角b需满足a+b＝180°。本发明不仅局限于三组天线阵列，如果带宽过宽，扫描角度偏小，可以增加更多的均匀阵列来扩大波束的扫描角度。但要注意a、b两个角度的关系，确保每组阵列之间的波束扫描无缝衔接。
在其他实施例中，还提供：
一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的系统，包括：
用于根据接收信号的带宽，确定最佳阵元间距的选取的模块；
用于基于不同频点对应的半波长和阵元的间距，计算每个频点不出现栅瓣的扫描角度的模块；
用于根据所需的精度要求确定阵元的个数的模块；
用于根据得到的各个频点扫描角度，确定阵列个数以及阵列间的夹角的模块；
用于对每个阵列进行频域宽带波束形成的模块。
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法的步骤。
一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法的步骤。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法，其特征是：包括以下步骤：
根据接收信号的带宽，确定最佳阵元间距的选取；
基于不同频点对应的半波长和阵元的间距，计算每个频点不出现栅瓣的扫描角度，每个频点不出现栅瓣的扫描角度θi为：|sinθi|≤(λi-d)/d，其中，λi为不同频点对应的半波长，d为阵元的间距；
根据所需的精度要求确定阵元的个数；
根据得到的各个频点扫描角度，确定阵列个数以及阵列间的夹角；
对每个阵列进行频域宽带波束形成。
2.如权利要求1所述的一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法，其特征是：相邻阵元间距一致。
3.如权利要求1所述的一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法，其特征是：所述阵元的个数根据带宽和扫描角度进行调整。
4.如权利要求1所述的一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法，其特征是：阵列之间夹角b需满足a+b＝180°，其中，a为单个均匀线阵不出现栅瓣的扫描角度。
5.如权利要求1所述的一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法，其特征是：使用多组均匀线阵进行波束形成，每组阵列扫描固定分区域，其中多组均匀线阵中的每组阵列指单个均匀线阵。
6.如权利要求1所述的一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法，其特征是：各阵列依次设置。
7.一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的系统，其特征是：包括：
用于根据接收信号的带宽，确定最佳阵元间距的选取的模块；
用于基于不同频点对应的半波长和阵元的间距，计算每个频点不出现栅瓣的扫描角度的模块，该模块中每个频点不出现栅瓣的扫描角度θi为：|sinθi|≤(λi-d)/d，其中，λi为不同频点对应的半波长，d为阵元的间距；
用于根据所需的精度要求确定阵元的个数的模块；
用于根据得到的各个频点扫描角度，确定阵列个数以及阵列间的夹角的模块；
用于对每个阵列进行频域宽带波束形成的模块。
8.一种计算机可读存储介质，其特征是：其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-6中任一项所述的一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法的步骤。
9.一种终端设备，其特征是：包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-6中任一项所述的一种实现均匀线阵宽带波束大角度扫描的方法的步骤。
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