CN111710992A - 一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描方法及装置，其中方法包括：从初始弧形阵列天线的各阵元中确定出若干有效工作阵元，获得目标弧形阵列天线；确定所述目标弧形阵列天线中各有效工作阵元的第一相位补偿值，以获得与所述目标阵列天线对应的目标等效线阵；基于所述目标等效线阵以及目标方向，确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值；基于各所述有效工作阵元的第一相位补偿值以及各所述有效工作阵元的第二相位补偿值对各所述有效工作阵元进行相位补偿，以进行波束扫描。本发明能够实现弧形阵列天线波束在方位向360°全方位波束扫描。

Description

一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描方法及装置

技术领域

本发明涉及弧形阵列天线雷达技术领域，特别涉及一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描方法及装置。

背景技术

机载弧形阵列雷达是一种广域观测的新一代微波探测系统，它不依赖于气候环境，可以不分昼夜对周围环境进行全天时、全天候的探测，将该系统应用于机动性较强的直升机平台上，能够实现对直升机平台周围场景信息实时、动态、全方位、大视场360°的快速感知，更好的满足了直升机在复杂低空条件或恶劣天气环境下巡航飞行及悬停/起降时对周围障碍物的感知及回避的应用需求，为直升机的飞行安全提供有力保障。弧形阵列天线波束扫描采取电扫描方式，扫描速度快，可以及时快速发现和跟踪识别高速运动目标，同时免去机械扫描雷达天线驱动装置可能发生的故障。

目前，对传统常规直线阵或者平面阵方面的研究已经比较成熟，直线面阵固有的缺陷和不足也越来越明显。而平面阵列的所有天线单元均分布于同一平面，结构形式比较单一，一般平面相控阵天线的波束扫描到±60°时，天线增益下降明显，波束展宽，同时伴随着波瓣形状的严重畸变，这些变化都将直接影响雷达系统性能。此外平面阵列天线的瞬时信号带宽有限，在大扫描角情况下难以实现。除受天线波束最大值指向偏移的限制，还受天线孔径渡越时间的限制。弧形阵列天线能够实现雷达系统搭载平台的有限空间得以充分利用和多重利用，获得更大的天线有效孔径，在不转动阵列天线的情况下就能获得全空域的覆盖范围，有利于降低本身(载体平台)的雷达散射截面积(RCS)，具有隐蔽和伪装的功能等优点。

弧形阵列属于共形阵的一种特殊情况。共形相控阵天线波束扫描方法可以采用与平面相控阵天线相同的方法，即在天线单元通道中采用移相器、衰减器实现要求的天线孔径照射函数。也可以采用开关矩阵选通共形相控阵天线的辐射孔径，改变等效辐射孔径的指向。前一种方式需要单独计算每一单元的波束控制数码，因为阵列天线每一单元移相器的相移值除与要求的波束最大指向有关外还与每一单元位置有关。同时需要按单元方向图因子进行幅度修正，但是因其在圆弧上位置不同导致单元方向图最大值指向不同，单元方向图因子不能简单地作为公因子来通过累加法进行处理，为满足天线要求，幅度加权系数要随着天线辐射部分口径变化和波束最大指向变化而变化，但是这些要求增加了弧形阵列波束控制系统的运算量。另一种方式由于波束跃度较大的问题，只能实现较大角度范围内的波束扫描。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描方法及装置，用于解决现有技术中无法实现全方位小角度扫描的问题。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例采用了如下技术方案：一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描方法，包括如下步骤：

从初始弧形阵列天线的各阵元中确定出若干有效工作阵元，获得目标弧形阵列天线；

确定所述目标弧形阵列天线中各有效工作阵元的第一相位补偿值，以获得与所述目标阵列天线对应的目标等效线阵；

基于所述目标等效线阵以及目标方向，确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值；

基于各所述有效工作阵元的第一相位补偿值以及各所述有效工作阵元的第二相位补偿值对各所述有效工作阵元进行相位补偿，以进行波束扫描。

可选的，所述从初始弧形阵列天线的各阵元中确定出若干有效工作阵元，获得目标弧形阵列天线，具体包括：

确定所述初始弧形阵列天线中各阵元与预设的初始参考阵元之间的圆心角大小；

基于各所述阵元与所述初始参考阵元之间的圆心角、各所述阵元的最大有效辐射角以及目标方向，从各所述阵元中确定出若干有效工作阵元，获得所述目标弧形阵列天线。

可选的，所述确定所述目标弧形阵列天线中各有效工作阵元的第一相位补偿值，具体包括：

基于预设的参考方向，确定目标弧形阵列天线中各有效阵元与预设参考阵元之间的空间行程差；其中参考方向为参考阵元与目标弧形阵列天线的圆心连线所在的方向；

基于各有效阵元与预设参考阵元之间空间行程差，计算获得各所述有效工作阵元与所述参考阵元之间的空间相位差，以确定各所述有效工作阵元的第一相位补偿值。

可选的，所述基于所述目标等效线阵以及目标方向，确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值，具体包括：

基于所述目标等效线阵计算获得所述目标等效线阵中各阵元与预设参考阵元之间的间距；

基于所述各阵元与预设参考阵元之间的间距以及目标方向，确定目标等效线阵中各阵元与所述参考阵元之间的空间相位差；

基于所述各阵元与预设参考阵元之间空间相位差确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值。

为了解决上述问题，本发明提供一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描装置，包括：

第一获得模块，用于从初始弧形阵列天线的各阵元中确定出若干有效工作阵元，获得目标弧形阵列天线；

第一确定模块，用于确定所述目标弧形阵列天线中各有效工作阵元的第一相位补偿值，以获得与所述目标阵列天线对应的目标等效线阵；

第二确定模块，用于基于所述目标等效线阵以及目标方向，确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值；

扫描模块，用于基于各所述有效工作阵元的第一相位补偿值以及各所述有效工作阵元的第二相位补偿值对各所述有效工作阵元进行相位补偿，以进行波束扫描。

可选的，所述第一获得模块具体用于：

确定所述初始弧形阵列天线中各阵元与预设的初始参考阵元之间的圆心角大小；

基于各所述阵元与所述初始参考阵元之间的圆心角、各所述阵元的最大有效辐射角以及目标方向，从各所述阵元中确定出若干有效工作阵元，获得所述目标弧形阵列天线。

可选的，所述第一确定模块具体用于：

基于预设的参考方向，确定目标弧形阵列天线中各有效阵元与预设参考阵元之间的空间行程差；其中参考方向为参考阵元与目标弧形阵列天线的圆心连线所在的方向；

基于各有效阵元与预设参考阵元之间空间行程差，计算获得各所述有效工作阵元与所述参考阵元之间的空间相位差，以确定各所述有效工作阵元的第一相位补偿值。

可选的，所述第二确定模块具体用于：

基于所述目标等效线阵计算获得所述目标等效线阵中各阵元与预设参考阵元之间的间距；

基于所述各阵元与预设参考阵元之间的间距以及目标方向，确定目标等效线阵中各阵元与所述参考阵元之间的空间相位差；

基于所述各阵元与预设参考阵元之间空间相位差确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值。

本发明一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描方法，通过计算各有效工作阵元的第一相位补偿值，然后基于第一相位补偿值将弧形阵列天线等效成目标等效线阵，然后再基于目标等效线阵根据第二相位补偿值对各阵元进行第二次移相，进而将波束指向目标方向，即采用弧形阵列等效和线性相控阵波束扫描相结合的方式解决了弧形阵列天线通过电子馈电开关控制有效阵元的选通和切换实现波束扫描时存在的波束跃度较大的问题，充分利用了现有的较为成熟的线阵天线理论，实现弧形阵列天线波束在方位向360°全方位波束扫描。

附图说明

图1为本发明一实施例基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描方法的方法流程图；

图2为本发明一实施例中初始弧形阵列天线的三维结构示意图；

图3为本发明一实施例中初始弧形阵列天线的二维结构意图；

图4为本发明一实施例中有效工作阵元的选取策略示意图；

图5为本发明一实施例中目标弧形阵列天线等效成目标等效线阵示意图；

图6为本发明一实施例中目标等效线阵中的结构示意图；

图7为基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描装置的结构框图。

具体实施方式

此处参考附图描述本申请的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本申请的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且与上面给出的对本申请的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本申请的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本申请的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本申请进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本申请的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本申请的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本申请的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本申请的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和机构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本申请模糊不清。因此，本文所申请的具体的机构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细机构多样地使用本申请。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本申请的相同或不同实施例中的一个或多个。

本发明实施例提供一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S1，从初始弧形阵列天线的各阵元中确定出若干有效工作阵元，获得目标弧形阵列天线；

本步骤在具体实施过程中需要确定所述初始弧形阵列天线中各阵元与预设的初始参考阵元之间的圆心角大小；然后基于各所述阵元与所述初始参考阵元之间的圆心角、各所述阵元的最大有效辐射角以及目标方向，从各所述阵元中确定出若干有效工作阵元，获得所述目标弧形阵列天线。

更加具体的，初始弧形阵列天线三维几何空间结构示意图如图2所示，其二维示意图如图3所示。弧形阵列天线中每个独立天线阵元沿圆弧角度方向(阵列向)等角度间隔，等圆弧间距均匀排列，阵元的辐射口面朝向圆弧外侧。即半径为R的圆弧上均匀分布着M个相同的各向同性阵元。M表示阵元总数量；Δφ表示任意相邻阵元沿圆弧阵列向角度间隔大小；R表示弧形阵列天线半径；φ表示弧形阵列天线孔径角大小；d_c表示任意相邻阵元沿圆弧阵列向的距离间隔大小。

本实施中的步骤S1在实施时包括如下：

步骤S101，计算初始弧形阵列天线中各阵元所对应的圆心角大小。

首先从初始弧形阵列天线阵元中的选定参考阵元，如图4所示的初始弧形阵列天线，为了表示方便，将正北方向作为参考方向，将正北方向位置处所对应的阵元第q号阵元作为参考阵元，由于各阵元在圆弧上都处于相同的几何条件下(阵列结构几何关系)，因此以参考阵元为基准就可以确定圆弧上各个阵元所对应的圆心角的角度大小，第i号阵元的圆心角大小φ_i可表示为：

其中，φ_i表示第i号阵元的圆心角；M表示阵元总数量；φ表示初始弧形阵列天线孔径角大小。

步骤S102，根据阵列主波束期望指向及阵元辐射特性，确定辐射区域，制定有效辐射阵元的选取策略，选取初始弧形阵列天线中的有效辐射阵元即有效工作阵元。

初始弧形阵列天线的阵元采用的是开口波导天线为半空间辐射天线，开口波导法向为阵元最大辐射方向，随着弧形阵列主波束方向偏离阵元最大辐射方向角度的增加，阵元的辐射场强会逐渐减少。由于天线基板和载体都为金属材质，电磁波不能够穿透通过，出现“遮蔽效应”。因此，单个阵元只能对在一定范围方向上的阵列主波束有贡献作用，即只有不被遮挡的阵元才能对阵列主波束有贡献。因此，弧形阵列在一定指向方向上只能选通部分阵元进行馈电，并根据阵列扫描角度对馈电区域的阵元来进行相应的选择和切换。

根据目标方向确定弧形阵列的实际有效辐射区域，再结合阵元本身的辐射方向性，制定相应的有效阵元选取策略。选取策略示意图如图4所示，根据参考方向，即第q号阵元的法向为参考方向，预设目标方向即阵列主波束期望指向方向为γ方向，其可以表示为目标方向与参考方向之间的夹角。由于圆弧上的各阵元都处于相同的条件下，因此，各阵元波束形状都是一样的，其波束宽度也是相同的，单个阵元的最大有效辐射角则可以用θ_m来表示。以第i号阵元为例，只有当第i号阵元满足如下关系时，确定第i号阵元为有效工作阵元：

其中，φ_i表示第i号阵元的圆心角；γ为目标方向与参考方向之间的夹角；θ_m表示阵元的最大有效辐射角。

确定有效工作阵元后，天线波束在方位向上的大角度扫描即有效工作阵元的切换与选通则可以依靠馈电网络来实现。

天线波束在方位向上的大角度扫描时，天线波束指向的变动大小(天线波束指向间隔)与弧形阵列上的天线单元总数有关，弧形阵列最小波束指向间隔即波束跃度Δφ可以表示为：

Δφ＝φ/M (3)

其中，φ表示弧形阵列天线孔径角大小；M表示阵元总数量。

当圆弧上天线单元总数不是很大时，天线波束指向间隔较大。假如要获得小于1°的波束指向间隔，M应大于圆心角φ的数值，因此，为了减小波束指向间隔，在各个工作单元天线通道中应增加移相器，将其用于降低弧阵天线波束的指向间隔，实现弧形阵列天线波束指向的灵活改变。

步骤S103，基于确定出的有效工作阵元确定目标弧形阵列天线。

即将步骤S102选通的n个相邻的有效工作阵元的阵元序号进行重新编号。得到如图5和图6所示的目标弧形阵列天线。将第q号阵元为参考阵元，以参考阵元为中心，将所选取的工作阵元的阵列序号数值分别减去q的大小即参考阵元的编号从第q号阵元变为第0号阵元，以第0号参考阵元为基准，则有效工作阵元的新编号沿圆弧向顺时针方向依次为第1,2,…,(n-2)/2号阵元，沿逆时针方向依次为-1,-2,…,-n/2号阵元。

步骤S2，确定所述目标弧形阵列天线中各有效工作阵元的第一相位补偿值，以获得与所述目标阵列天线对应的目标等效线阵；

本步骤在具体实施过程中在确定了有效工作阵元并基于有效工作阵元确定了目标弧形阵列天线后，可以预设参考方向以及参考阵元，即将0号有效工作阵元作为参考阵元，0号有效工作阵元所在的法向为参考方向。确定目标弧形阵列天线中各有效阵元与预设参考阵元之间的空间行程差；然后基于各有效阵元与预设参考阵元之间空间行程差，计算获得各所述有效工作阵元与所述参考阵元之间的空间相位差，以确定各所述有效工作阵元的第一相位补偿值。

根据具体的，本实施例中的步骤S2包括：

步骤S201：基于预设的参考方向，确定目标弧形阵列天线中各有效阵元与预设参考阵元之间的空间行程差。

根据弧形阵列等效线阵过程中的阵列波束期望指向，确定各有效工作阵元空间等效位置(即等相位面的位置)。以0号阵元为参考阵元，获取弧形阵列天线中的有效工作阵元与参考阵元的空间行程差并求出两者之间的空间相位差，进一步得出为形成图5所示的等相位面时所需的阵内相位差，利用阵内相位差对各有效工作阵元进行标准的相位补偿，完成基于等效线阵方式的弧形阵列天线波束扫描方法中的第一次移相，进而实现弧形阵列等效线阵。

即当阵列波束期望指向在正北方向时，即γ＝0时，可以根据各有效工作阵元与参考阵元之间的圆周角、以及目标弧形阵列天线半径来计算各阵元与参考阵元(第0号阵元)之间的空间行程差，计算公式如下：

D_i0＝R(1-cosφ_i) (4)

式(4)中，D_i0表示第i号有效工作阵元(i＝(-n/2,…,0,…,(n-2)/2))与参考阵元(第0号阵元)之间的空间行程差；φ_i为第i号阵元对应的圆周角，R为弧形阵列天线半径。

步骤S202，基于各有效阵元与预设参考阵元之间空间行程差，计算获得各所述有效工作阵元与所述参考阵元之间的空间相位差，以确定各所述有效工作阵元的第一相位补偿值。

弧形阵列天线半径与弧形阵列上相邻阵元之间的圆弧间距d_c及阵元总数M之间的关系为：

由式(4)、式(5)可得，当波束期望指向在正北方向时，可以通过如下计算公式计算获得各有效工作阵元与所述参考阵元之间的空间相位差，计算公式为：

式(6)中，Δψ_i0表示第i号有效工作阵元(i＝(-n/2,…,0,…,(n-2)/2))与参考阵元(第0号阵元)之间的空间相位差；φ为弧形阵列天线的孔径角，λ为信号波长；d_c表示相邻两个有效工作阵元之间的圆弧间距，M表示阵元总数；φ_i为第i号阵元对应的圆周角。

本步骤中，在计算获得各有效工作阵元与参考阵元之间的空间相位差之后，即确定了各有效工作阵元的第一相位补偿值。为得到如图5所示弧形阵列天线等相位面，即为了使阵列波束最大值指向在参考方向，就可以基于各有效工作阵元的第一相位补偿值对各有效工作阵元进行相位补偿，由此，就可以实现了将目标弧阵阵列天线中的有效工作阵元等效为线阵，即得到与目标弧形阵列天线对应的目标等效线阵。

步骤S3，基于所述目标等效线阵以及目标方向，确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值；

本步骤在具体实施过程中，可以基于所述目标等效线阵计算获得所述目标等效线阵中各阵元与预设参考阵元之间的间距；然后基于所述各阵元与预设参考阵元之间的间距以及目标方向，确定目标等效线阵中各阵元与所述参考阵元之间的空间相位差；基于所述各阵元与预设参考阵元之间空间相位差确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值。

进一步的，本实施例中的步骤S3包括：

S301，根据等效线阵阵元间距左右对称的分布规律，计算各阵元与预设参考阵元之间的间距d_i(i＝(-n/2,…,-1)∪(1,…,(n-2)/2))，d₀＝0，计算公式如下：

以右边阵元的阵元间距为例：

综上可得：

左边阵元间距同理，故目标等效线阵中各阵元与预设参考阵元之间的间距可以表示为：

其中，a表示预设的间距递增因子，0＜a＜1；d表示1或-1号阵元与0号阵元之间的阵元间距，可将其作为参考阵元间距。

在得到如图5所示的目标等效线阵之后，目标等效线阵中的阵元是不等间隔的即d₀₁和d₁₂的距离大小是不相等的，属于非均匀分布的线性阵列，阵元间距自阵中央向两侧对称的以一定规律减小，即中心部分阵元间距较大，两端阵元间距较小。依据弧形阵列中圆弧半径、相邻阵元的角度间隔、天线阵元对应的圆心角及等效线阵中阵元非均匀间距之间的几何关系，利用上述公式(7)就可以计算出目标等效线阵中各阵元与参考阵元(0号阵元)之间的间距。

步骤S302，在图6基于相控阵波束扫描原理的等效线阵波束扫描中，当波束期望指向在γ方向(目标方向)时，基于目标方向与参考方向之间的夹角γ以及各阵元与参考阵元之间的间距计算获得各阵元与预设参考阵元之间空间相位差，计算公式为：

其中，

表示目标等效线阵中i号阵元与参考阵元之间的空间相位差；d_i表示目标等效线阵中i号阵元与参考阵元之间的阵元间距；γ表示目标方向与参考方向之间的夹角；λ表示波长。

步骤S4，基于各所述有效工作阵元的第一相位补偿值以及各所述有效工作阵元的第二相位补偿值对各所述有效工作阵元进行相位补偿，以进行波束扫描。

本步骤中在具体实施过程中，在进行波束扫描时，需要对目标弧形阵列天线中的各有效工作阵元进行两次移相，即先基于第一相位补偿值进行第一次移相，以将弧形阵列天线中的有效工作阵元等效为非均匀线阵；然后基于第二相位补偿值进行第二次移相，实现基于相控阵波束扫描原理的等效线阵波束扫描。

本发明实施例中，由于天线波束在方位面的扫描即为等效直线阵阵列向法线方向的左右两侧来进行扫描。具体如下：

如图6所示，由线性阵列天线的基本理论可知，当天线阵元方向图为全向性辐射时，则在等效线阵天线波束扫描范围内，天线方向图函数可以表示为：

式(10)中α_i为i号阵元的幅度加权系数，

为等效线阵中第i号阵元与0号参考阵元之间的馈电相位差(阵内相移值)即阵内相位差，可以表示为：

其中，d_i为等效线阵中第i号阵元与参考阵元之间阵元间距，由于弧形阵列特殊的几何结构特点，等效线阵阵元间隔将呈现两端间隔小中间间隔大的规律特点。γ_B表示天线波束的最大值指向。

进而当目标方向即期望波束指向为γ时，令

表示第i号阵元与0号参考阵元之间的空间相位差。

当辐射阵元照射函数为均匀激励分布时(α_i＝α＝1)，令

并由欧拉公式可得：

通过对上式取绝对值且又因为实际等效线阵中阵元个数n较大，在天线波束指向的最大值方向上ξ值较小，进一步可得等效线阵的幅度方向图为：

由等效线阵天线方向图获取天线波束最大值指向，当

F(γ)|＝1时，等效线阵波束最大值指向可以表示为：

因此，通过移相改变等效线阵内各阵元与参考阵元之间的阵内相位差

即可实现天线波束最大值指向γ_B的改变，基于相控阵原理的等效线阵波束扫描其扫描策略可以表示为：

在等效线阵实现波束扫描后，还需要将其再对应到弧形阵列中，实现最终弧形阵列的波束扫描。具体如下：在确定目标方向时，通过移相器控制单元端口的馈电相位即该单元与参考单元的阵内相位差，就能够实现对阵列天线波束指向的控制，使得阵列天线波束的最大指向为目标方向，从而实现波束的电扫描。

弧形阵列实现波束扫描需要改变的阵内相位差为第一次移相即标准相位补偿的相位差与第二次移相实现等效线阵波束扫描的相位差相加得到，即：

为了使弧形阵列天线波束最大值指向在波束期望方向γ，弧形阵列每个单元通道中的移相器按照式(17)求出的相位差进行控制，用Δβ_i替换弧形阵列天线方向图公式中的阵内相位差，即可实现最终的弧形阵列扫描。

本发明一种基于等效线阵的弧形阵列天线波束扫描方法，采用弧形阵列等效和线性相控阵波束扫描相结合的方式解决了弧形阵列天线通过电子馈电开关控制有效工作阵元的选通和切换实现波束扫描时存在的波束跃度较大的问题，充分利用了现有的较为成熟的线阵天线理论，实现弧形阵列天线波束在方位向360°全方位波束扫描，并为普通线面阵与弧形阵之间相互联系搭建了桥梁，对阵列天线的研究具有一定的参考价值。

本发明另一实施例提供一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描装置，包括：

第一获得模块1，用于从初始弧形阵列天线的各阵元中确定出若干有效工作阵元，获得目标弧形阵列天线；

第一确定模块2，用于确定所述目标弧形阵列天线中各有效工作阵元的第一相位补偿值，以获得与所述目标阵列天线对应的目标等效线阵；

第二确定模块3，用于基于所述目标等效线阵以及目标方向，确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值；

扫描模块4，用于基于各所述有效工作阵元的第一相位补偿值以及各所述有效工作阵元的第二相位补偿值对各所述有效工作阵元进行相位补偿，以进行波束扫描。

本实施例中，所述第一获得模块具体用于：确定所述初始弧形阵列天线中各阵元与预设的初始参考阵元之间的圆心角大小；

基于各所述阵元与所述初始参考阵元之间的圆心角、各所述阵元的最大有效辐射角以及目标方向，从各所述阵元中确定出若干有效工作阵元，获得所述目标弧形阵列天线。

在具体实施过程中，所述第一确定模块具体用于：基于预设的参考方向，确定目标弧形阵列天线中各有效阵元与预设参考阵元之间的空间行程差；其中参考方向为参考阵元与目标弧形阵列天线的圆心连线所在的方向；基于各有效阵元与预设参考阵元之间空间行程差，计算获得各所述有效工作阵元与所述参考阵元之间的空间相位差，以确定各所述有效工作阵元的第一相位补偿值。

在具体实施过程中，所述第二确定模块具体用于：基于所述目标等效线阵计算获得所述目标等效线阵中各阵元与预设参考阵元之间的间距；基于所述各阵元与预设参考阵元之间的间距以及目标方向，确定目标等效线阵中各阵元与所述参考阵元之间的空间相位差；基于所述各阵元与预设参考阵元之间空间相位差确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值。

本发明一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描装置，通过计算各有效工作阵元的第一相位补偿值，然后基于第一相位补偿值将弧形阵列天线等效成目标等效线阵，然后再基于目标等效线阵根据第二相位补偿值对各阵元进行第二次移相，进而将波束指向目标方向，即采用弧形阵列等效和线性相控阵波束扫描相结合的方式解决了弧形阵列天线通过电子馈电开关控制有效阵元的选通和切换实现波束扫描时存在的波束跃度较大的问题，充分利用了现有的较为成熟的线阵天线理论，实现弧形阵列天线波束在方位向360°全方位波束扫描。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：

从初始弧形阵列天线的各阵元中确定出若干有效工作阵元，获得目标弧形阵列天线；

确定所述目标弧形阵列天线中各有效工作阵元的第一相位补偿值，以获得与所述目标阵列天线对应的目标等效线阵；

基于所述目标等效线阵以及目标方向，确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值；

基于各所述有效工作阵元的第一相位补偿值以及各所述有效工作阵元的第二相位补偿值对各所述有效工作阵元进行相位补偿，以进行波束扫描。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从初始弧形阵列天线的各阵元中确定出若干有效工作阵元，获得目标弧形阵列天线，具体包括：

确定所述初始弧形阵列天线中各阵元与预设的初始参考阵元之间的圆心角大小；

基于各所述阵元与所述初始参考阵元之间的圆心角、各所述阵元的最大有效辐射角以及目标方向，从各所述阵元中确定出若干有效工作阵元，获得所述目标弧形阵列天线。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述目标弧形阵列天线中各有效工作阵元的第一相位补偿值，具体包括：

基于预设的参考方向，确定目标弧形阵列天线中各有效阵元与预设参考阵元之间的空间行程差；其中参考方向为参考阵元与目标弧形阵列天线的圆心连线所在的方向；

基于各有效阵元与预设参考阵元之间空间行程差，计算获得各所述有效工作阵元与所述参考阵元之间的空间相位差，以确定各所述有效工作阵元的第一相位补偿值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标等效线阵以及目标方向，确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值，具体包括：

基于所述目标等效线阵计算获得所述目标等效线阵中各阵元与预设参考阵元之间的间距；

基于所述各阵元与预设参考阵元之间的间距以及目标方向，确定目标等效线阵中各阵元与所述参考阵元之间的空间相位差；

基于所述各阵元与预设参考阵元之间空间相位差确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值。

5.一种基于等效线阵的弧形阵列天线的波束扫描装置，其特征在于，包括：

第一获得模块，用于从初始弧形阵列天线的各阵元中确定出若干有效工作阵元，获得目标弧形阵列天线；

第一确定模块，用于确定所述目标弧形阵列天线中各有效工作阵元的第一相位补偿值，以获得与所述目标阵列天线对应的目标等效线阵；

第二确定模块，用于基于所述目标等效线阵以及目标方向，确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值；

扫描模块，用于基于各所述有效工作阵元的第一相位补偿值以及各所述有效工作阵元的第二相位补偿值对各所述有效工作阵元进行相位补偿，以进行波束扫描。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一获得模块具体用于：

确定所述初始弧形阵列天线中各阵元与预设的初始参考阵元之间的圆心角大小；

基于各所述阵元与所述初始参考阵元之间的圆心角、各所述阵元的最大有效辐射角以及目标方向，从各所述阵元中确定出若干有效工作阵元，获得所述目标弧形阵列天线。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块具体用于：

基于预设的参考方向，确定目标弧形阵列天线中各有效阵元与预设参考阵元之间的空间行程差；其中参考方向为参考阵元与目标弧形阵列天线的圆心连线所在的方向；

基于各有效阵元与预设参考阵元之间空间行程差，计算获得各所述有效工作阵元与所述参考阵元之间的空间相位差，以确定各所述有效工作阵元的第一相位补偿值。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块具体用于：

基于所述目标等效线阵计算获得所述目标等效线阵中各阵元与预设参考阵元之间的间距；

基于所述各阵元与预设参考阵元之间的间距以及目标方向，确定目标等效线阵中各阵元与所述参考阵元之间的空间相位差；

基于所述各阵元与预设参考阵元之间空间相位差确定所述目标等效线阵中各阵元的补偿值，以获得所述目标弧形阵列天线中与目标等效线阵中各阵元对应的有效工作阵元的第二相位补偿值。

Images