CN111859269A - 相控阵天线波控角度解算方法、系统及存储介质 - Google Patents

相控阵天线波控角度解算方法、系统及存储介质 Download PDF

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CN111859269A CN202010668564.8A CN202010668564A CN111859269A CN 111859269 A CN111859269 A CN 111859269A CN 202010668564 A CN202010668564 A CN 202010668564A CN 111859269 A CN111859269 A CN 111859269A
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Abstract

本发明涉及相控阵天线技术领域，公开了一种相控阵天线波控角度解算方法、系统及存储介质。解算方法为
Figure DDA0002581447020000011
其中dx10um、dy10um预先计算并存储，0～90°范围的romsinx(x∈[0～90°])预先计算并存储，romsinθ、
Figure DDA0002581447020000012
通过查询预存数据直接获取或计算得到；后续通过乘法器、加法器调用与实际角度相互匹配的预存的计算参数对公式进行解算。本发明仅需进行定点数乘法运算和定点数加法运算，对处理器的运算资源需求降低，可快速实现移相码计算，极大地缩短了解算时间。

Description

相控阵天线波控角度解算方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及相控阵天线技术领域，尤其是一种相控阵天线波控角度解算方法、相控阵天线波控角度解算系统，以及对应的计算机可读存储介质。
背景技术
随着毫米波有源相控阵技术的发展和成熟，无惯性扫描、指向精度高、大气环境中衰减小等优点使其在通信、导航、雷达、制导等方面的应用日趋广泛。而随着相控阵天线的应用和发展，对相控阵天线的指标要求越来越高。其中波束切换时间就是相控阵天线的关键技术指标，直接决定了空域扫描和目标截获的响应时间，而波束切换时间的快慢则很大程度上取决于波控角度解算的快慢。
相控阵天线波控角度解算，即根据天线的工作波长信息、角度指向信息、天线通道坐标信息计算出相控阵天线的相位，用于数字移相器或者矢量调制器的相位控制。相位计算理论公式如下：
Figure BDA0002581445000000011
在大功率毫米波有源相控阵雷达上，通道数量可达几百到几千，响应时间要求高，空间紧凑，功耗散热环境苛刻。若采用传统的角度解算方式，时间开销、器件资源开销、功耗均会较大的增加。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种相控阵天线波控角度解算方法，以克服现有技术的相控阵天线角度解算过程复杂、器件性能要求高、资源消耗多、时间长的缺陷，提供一种仅通过常规FPGA或处理器芯片的少量乘法器、加法器资源即可实现对角度的快速解算的解决方案。
本发明采用的技术方案如下：
一种相控阵天线波控角度解算方法，其包括：
将波束控制指令中的频率码信息，映射为以MHz为单位的频率值fMHZ；
以以下方法计算相位索引码phase_index(dx,dy)：
Figure BDA0002581445000000021
其中，
Figure BDA0002581445000000022
Figure BDA0002581445000000023
Figure BDA0002581445000000024
θ为波束控制指令中的离轴角，
Figure BDA0002581445000000025
为波束控制指令中的旋转角，dx10um、dy10um分别为将天线通道坐标横坐标dx、纵坐标dy的单位由“米”换算为“10微米”得到的数值；
romsinθ、
Figure BDA0002581445000000026
的值的获取方式为：
romsinθ、
Figure BDA0002581445000000027
的值分别从预存的数据中查询获得，对应的预存的数据包括：以预定步长步进，分别计算0°～90°的正弦值、余弦值，再放大
Figure BDA0002581445000000028
倍后四舍五入的数据；
或者，romsinθ、
Figure BDA0002581445000000029
的值分别从预存的数据中查询获得，
Figure BDA00025814450000000210
的值首先从预存的数据中查询
Figure BDA00025814450000000211
再根据三角函数的对称性计算得出，对应的预存的数据包括：以预定步长步进，分别计算0°～90°的正弦值，再放大
Figure BDA0002581445000000031
倍后四舍五入的数据；
或者，
Figure BDA0002581445000000032
的值从预存的数据中查询获得，romsinθ、
Figure BDA0002581445000000033
的值首先从预存的数据中查询romcosθ、
Figure BDA0002581445000000034
再根据三角函数的对称性计算得出，对应的预存的数据包括：以预定步长步进，分别计算0°～90°的余弦值，再放大
Figure BDA0002581445000000035
倍后四舍五入的数据。
上述解算方法将相同的计算参数进行预计算和存储，在实际计算时直接查询调用，一方面无需再进行无理数、三角函数的计算，降低了计算复杂度，另一方面，直接调用结果也可有效节省计算时间。优化的解算方法进行定点数的乘法和加法运算，进一步降低了解算过程的复杂度，降低了对运算资源的要求，运算功耗低。
进一步的，数值dx10um、dy10um存储于所述预存的数据中，在计算相位索引码phase_index(dx,dy)时从所述预存的数据中获取。将单位换算等数据进行预存，后期直接调用，可有效缩短计算时间。
进一步的，所述计算相位索引码phase_index(dx,dy)的步骤包括：
根据波束控制指令中的离轴角θ，根据预存的数据获取romsinθ，再利用乘法器计算fMHZ*romsinθ。
根据波束控制指令中的离轴角
Figure BDA0002581445000000036
根据预存的数据获取
Figure BDA0002581445000000037
获取dx10um，再利用乘法器计算
Figure BDA0002581445000000038
根据波束控制指令中的离轴角
Figure BDA0002581445000000039
根据预存的数据获取
Figure BDA00025814450000000310
获取dy10um，再利用乘法器计算
Figure BDA00025814450000000311
利用加法器计算
Figure BDA00025814450000000312
利用乘法器计算
Figure BDA00025814450000000313
再截掉计算结果的低60位。
上述的“根据预存的数据获取**”，应当理解为，直接查询获得(若预存有)，或者基于三角函数的对称性，根据查询的数据计算得出。需要说明的是，上述的乘法、加法计算过程，如无递进关系，可并行运行，从而提高计算效率，缩短解算时间，或者，共享计算资源，依次进行计算，牺牲少量计算时间。上述的计算过程通过简单的乘法器、加法器资源执行解算过程，对硬件资源要求低，运算复杂度低。
进一步的，所述预定步长为0.01°。
为解决上述全部或部分问题，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，运行该计算机程序可执行上述的相控阵天线波控角度解算方法。
一种相控阵天线波控角度解算系统，该系统包括处理器和上述的计算机可读存储介质，所述处理器运行所述计算机可读存储介质中存储的计算机程序。
一种相控阵天线波控角度解算系统，其包括：
存储介质，被配置为：存储预存的数据，该预存的数据为：以预定步长步进，分别计算0°～90°的正弦值，再放大
Figure BDA0002581445000000041
倍后四舍五入的数据。即将解算过程中需要用到的参数预先计算并存储，以供计算时直接查询调用。
第一计算单元，被配置为：进行乘法运算，该乘法运算的输入分别为：
将波束控制指令中的频率码信息，映射为以MHz为单位的频率值fMHZ，以及，
根据波束控制指令中的离轴角θ，在存储介质中查询获得的离轴角正弦三角函数查表值romsinθ，
Figure BDA0002581445000000042
即直接从存储介质中调用计算参数的值进行乘法运算。
第二计算单元，被配置为：进行乘法运算，该乘法运算的输入分别为：
将天线通道横坐标dx由单位“米”换算为“10微米”的数值dx10um，以及，
根据波束控制指令中的旋转角
Figure BDA0002581445000000051
在存储介质中查询获得旋转角正弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000052
并根据
Figure BDA0002581445000000053
计算得到的旋转角余弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000054
Figure BDA0002581445000000055
第三计算单元，被配置为：进行乘法运算，该乘法运算的输入分别为：
将天线通道纵坐标dy由单位“米”换算为“10微米”的数值dy10um，以及，
根据波束控制指令中的旋转角
Figure BDA0002581445000000056
在存储介质中查询获得的旋转角正弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000057
Figure BDA0002581445000000058
加法器，被配置为，对第二计算单元和第三计算单元的计算结果进行加法运算。
第四计算单元，被配置为：对加法器的计算结果和第一计算单元的计算结果进行乘法运算。
截掉第四计算单元计算结果的低60位。
上述系统的结构中，数据运算过程仅包含简单的乘法运算单元和加法运算单元，不涉及无理数、三角函数的运算，运算复杂度低，运算效率高，器件资源开销小，系统解算功耗低。
进一步的，所述预定步长为0.01°。
为解决上述全部或部分问题，本发明还提供了一种相控阵天线波控角度解算系统，其包括存储介质、第一运算器、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器、加法器和第二运算器，存储介质、第一乘法器、第二乘法器和第三乘法器分别连接于第一运算器上，第二乘法器、第三乘法器的输出连接加法器的输入端，第一乘法器、加法器的输出连接第四乘法器的输入端，第四乘法器输出端连接运算器。
存储介质，被配置为：存储预存的数据，该预存的数据包括：以预定步长步进，分别计算0°～90°的正弦值，再放大
Figure BDA0002581445000000061
倍后四舍五入的数据；以及分别将天线通道坐标横坐标dx、纵坐标dy的单位由“米”换算为“10微米”的数值dx10um、dy10um。
第一运算器将波束控制指令中的频率码信息映射为以MHz为单位的频率值fMHZ，根据波束控制指令中的离轴角θ，在存储介质中查询获得离轴角正弦三角函数查表值romsinθ，
Figure BDA0002581445000000062
分别将频率值fMHZ和离轴角正弦三角函数查表值romsinθ发送给第一乘法器。
第一运算器根据波束控制指令中的旋转角
Figure BDA0002581445000000063
在存储介质中查询获得旋转角正弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000064
Figure BDA0002581445000000065
并根据三角函数的对称性，计算出旋转角余弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000066
Figure BDA0002581445000000067
从存储介质中获取数值dx10um、dy10um，分别将数值dx10um和旋转角余弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000068
发送给第二乘法器，分别将数值dy10um和旋转角正弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000069
发送给第三乘法器。
第二运算器将第四乘法器的输出结果截掉低60位。
上述系统结构简单，仅通过常规FPGA或处理器芯片的少量乘法器、加法器资源即可实现。系统解算过程复杂度低，对处理器件性能要求低，对硬件资源开销小，解算过程快速、高效。
进一步的，所述预定步长为0.01°。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
相较于原始理论公式的解算过程，本发明的方法和系统避免了无理数、三角函数等的计算，可以通过三角函数预处理和查表，快速获得计算参数的数值，同时，本发明的计算方法仅需进行定点数乘法运算和定点数加法运算，大幅降低了运算复杂度。系统结构仅需简单的乘法器和加法器，对处理器的运算资源需求降低，可快速实现移相码计算，极大地缩短了解算时间。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是相控阵天线波控角度解算方法的计算流程。
图2是相控阵天线波控角度解算系统结构的一个实施例。
图3是天线坐标系示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例一
本实施例公开了一种相控阵天线波控角度解算方法，该解算方法包括：
A.将波束控制指令中的频率码信息，映射为以MHz为单位的频率值fMHZ。
B.以以下方法计算相位索引码phase_index(dx,dy)：
Figure BDA0002581445000000081
其中，
Figure BDA0002581445000000082
Figure BDA0002581445000000083
分别从预存的数据中查询获得，θ为波束控制指令中的离轴角，
Figure BDA0002581445000000084
为波束控制指令中的旋转角，如图3所示。dx10um、dy10um分别为将天线通道坐标横坐标dx、纵坐标dy的单位由“米”换算为“10微米”得到的数值。
romsinθ、
Figure BDA0002581445000000085
的值的获取方式为(三选一)：
romsinθ、
Figure BDA0002581445000000086
的值分别从预存的数据中查询获得(通过实际计算时的角度查表获得，下同)，对应的预存的数据包括：以预定步长(如0.01°或其他值，对应于两个角度变化的单位幅度)步进，分别计算0°～90°的正弦值、余弦值，再放大
Figure BDA0002581445000000087
倍后四舍五入的数据；
或者，romsinθ、
Figure BDA0002581445000000088
的值分别从预存的数据中查询获得，
Figure BDA0002581445000000089
的值首先从预存的数据中查询
Figure BDA00025814450000000810
再根据三角函数的对称性计算得出，对应的预存的数据包括：以预定步长(同上)步进，分别计算0°～90°的正弦值，再放大
Figure BDA00025814450000000811
倍后四舍五入的数据；
或者，
Figure BDA00025814450000000816
的值从预存的数据中查询获得，romsinθ、
Figure BDA00025814450000000812
的值首先从预存的数据中查询romcosθ、
Figure BDA00025814450000000813
再根据三角函数的对称性计算得出，对应的预存的数据包括：以预定步长(同上)步进，分别计算0°～90°的余弦值，再放大
Figure BDA00025814450000000814
倍后四舍五入的数据。
上述预存数据时，放大
Figure BDA00025814450000000815
倍是对相位计算公式中的已知系数的预处理，是一个推算值，预处理可简化后续相位计算过程和降低计算难度。放大230倍，是出于保证后续相位计算精度需求的前提下，尽量消耗更少的器件资源，是一个推算值。此倍数直接决定了相位计算过程中，乘法器和加法器的位宽。位宽越宽，消耗的器件资源越多，反之越少。在相位计算精度不高的情况下，可适当缩小倍数，同时消耗的乘法器、加法器资源会有所减少。目前放大230倍，相位计算精度已经足够了，没有再放大的必要，否则会消耗更多的器件资源。
数值dx10um、dy10um存储于所述预存的数据中，在计算相位索引码phase_index(dx,dy)时从所述预存的数据中获取。
下面就本发明的相位索引码phase_index(dx,dy)的优化方法的合理性进行说明：
步骤1.理论相位计算，原始公式带入，相位按弧度计算：
Figure BDA0002581445000000091
步骤2.将波长按常用的频率参数计算：
Figure BDA0002581445000000092
步骤3.波长计算带入光速常量：
Figure BDA0002581445000000093
步骤4.理论相位phase计算,转换为相位码phase_index计算。常规的数字移相器为5位或6位，此处按8位移相码计算，相当于移相步进1.40625度，大于使用需求。此相位码，也可用于矢量调制器IQ电压索引：
Figure BDA0002581445000000101
步骤5.公式化简，约去圆周率π无理数：
Figure BDA0002581445000000102
步骤6.将频率f由国标单位Hz，换算为以MHz为单位的fMHZ，当然，也可换为其他单位，计算公式进行对应调整即可：
Figure BDA0002581445000000103
Figure BDA0002581445000000104
步骤7.将天线通道坐标dx、dy由国标单位米，换算为以10微米为单位的dx10um、dy10um，当然，也可换为其他单位，计算公式对应调整即可：
dx10um＝105*dx，dy10um＝105*dy
新坐标带入公式，并化简：
Figure BDA0002581445000000105
Figure BDA0002581445000000106
步骤8.系数分解，平均分配到离轴角正弦三角函数、旋转角正弦三角函数、旋转角余弦三角函数：
Figure BDA0002581445000000107
步骤9.离轴角正弦三角函数sinθ、旋转角正弦三角函数
Figure BDA0002581445000000108
旋转角余弦三角函数
Figure BDA0002581445000000109
这三个三角函数的运算由常规的波控处理器运算换为由计算机提前运算好，并存储于波控FPGA或其它处理器内部的存储器或外部FLASH、EEPROM等存储器中。在使用时，根据输入角度查表即可。离轴角正弦三角函数查表值romsinθ、旋转角正弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000111
旋转角余弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000112
分别如下：
Figure BDA0002581445000000113
Figure BDA0002581445000000114
Figure BDA0002581445000000115
Round()为四舍五入函数。
将新定义的三角函数带入计算公式，公式转换为：
Figure BDA0002581445000000116
上述换算、化简后的计算公式，romsinθ、
Figure BDA0002581445000000117
和
Figure BDA0002581445000000118
均由计算机提前计算后存储(范围值，使得任意角度均可查询到)，即在计算时，除了单位换算外，仅需要进行定点数加法运算和定点数乘法运算，无三角函数、无理数、幂次运算等复杂的运算，使得计算快速、器件资源开销小、系统功耗小。
如图1所示，本实施例采用以下计算过程计算相位索引码phase_index(dx,dy)：
根据波束控制指令中的离轴角θ，根据预存的数据获取romsinθ(查询或查询后根据三角函数对称性计算获得)，再利用乘法器计算fMHZ*romsinθ，得到结果A；
根据波束控制指令中的离轴角
Figure BDA0002581445000000119
根据预存的数据获取
Figure BDA00025814450000001110
(查询或查询后根据三角函数对称性计算获得)，获取dx10um，再利用乘法器计算
Figure BDA00025814450000001111
根据波束控制指令中的离轴角
Figure BDA0002581445000000121
根据预存的数据获取
Figure BDA0002581445000000122
(查询或查询后根据三角函数对称性计算获得)，获取dy10um，再利用乘法器计算
Figure BDA0002581445000000123
利用加法器计算
Figure BDA0002581445000000124
得到结果B；
利用乘法器计算A*B，即
Figure BDA0002581445000000125
再截掉计算结果的低60位。
本发明中涉及的相控阵天线支持一维相控阵天线、二维平面相控阵天线。相控阵天线通道布阵方式支持三角布阵、矩形布阵、稀疏阵等任意平面相控阵。控阵天线支持数字移相器体制、模拟矢量调制器体制。
实施例二
本实施例二公开了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，运行该计算机程序可执行实施例一中的相控阵天线波控角度解算方法。
进一步的，本实施例还公开了一种相控阵天线波控角度解算系统，该系统包括处理器和上述计算机可读存储介质，处理器运行计算机可读存储介质中存储的计算机程序。
或者，相控阵天线波控角度解算系统用于运行实施例一中的相控阵天线波控角度解算方法。
实施例三
本实施例公开了一种相控阵天线波控角度解算系统，包括：
存储介质，被配置为：存储预存的数据，该预存的数据为：以预定步长(如0.01°)步进，分别计算0°～90°的正弦值，再放大
Figure BDA0002581445000000126
倍后四舍五入的数据。
第一计算单元，被配置为：进行乘法运算，该乘法运算的输入分别为：
将波束控制指令中的频率码信息，映射为以MHz为单位的频率值fMHZ，以及，
根据波束控制指令中的离轴角θ，在存储介质中查询获得的离轴角正弦三角函数查表值romsinθ，
Figure BDA0002581445000000131
第二计算单元，被配置为：进行乘法运算，该乘法运算的输入分别为：
将天线通道横坐标dx由单位“米”换算为“10微米”的数值dx10um，以及，
根据波束控制指令中的旋转角
Figure BDA0002581445000000132
在存储介质中查询获得旋转角正弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000133
并根据
Figure BDA0002581445000000134
计算得到的旋转角余弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000135
Figure BDA0002581445000000136
第三计算单元，被配置为：进行乘法运算，该乘法运算的输入分别为：
将天线通道纵坐标dy由单位“米”换算为“10微米”的数值dy10um，以及，
根据波束控制指令中的旋转角
Figure BDA0002581445000000137
在存储介质中查询获得的旋转角正弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000138
Figure BDA0002581445000000139
加法器，被配置为，对第二计算单元和第三计算单元的计算结果进行加法运算。
第四计算单元，被配置为：对加法器的计算结果和第一计算单元的计算结果进行乘法运算。
截掉第四计算单元计算结果的低60位，或者在第一计算单元、第二计算单元、第三计算单元和加法器的计算结果中逐步适当截位，即得到相位索引码。
需要说明的是，上述的第一计算单元～第四计算单元，均进行乘法运算，在实际中，各个乘法单元可以分别进行配置，进行并行处理，即系统总共消耗4个乘法器和1个加法器，这样计算快速，效率高。另外，基于FPGA或其他处理器可串行处理的特点，上述的第一计算单元～第四计算单元，可共享乘法器资源进行顺序计算，这样会少量增加时间开销，但能减少元器件的开销。
本实施例(本发明)中所用到的存储介质可直接利用波控FPGA或其他处理器内部的存储器或外部FLASH、EEPROM等存储器，所用到的计算单元(乘运算、加法运算)，可直接利用FPGA或其他处理器内部的乘法器、加法器资源。
实施例四
如图2所示，本实施例公开了一种相控阵天线波控角度解算系统，包括存储介质、第一运算器、第一乘法器MUL1、第二乘法器MUL2、第三乘法器MUL3、第四乘法器MUL4、加法器ADD1和第二运算器，存储介质、第一乘法器MUL1、第二乘法器MUL2和第三乘法器MUL3分别连接于第一运算器上，第二乘法器MUL2、第三乘法器MUL3的输出连接加法器ADD1的输入端，第一乘法器MUL1、加法器ADD1的输出连接第四乘法器MUL4的输入端，第四乘法器MUL4输出端连接运算器。
存储介质，被配置为：存储预存的数据，该预存的数据为：以0.01°步进，分别计算0°～90°的正弦值，再放大
Figure BDA0002581445000000141
倍后四舍五入的数据；以及分别将天线通道坐标dx(横坐标)、dy(纵坐标)的单位由“米”换算为“10微米”的数值dx10um、dy10um。
第一运算器将波束控制指令中的频率码信息映射为以MHz为单位的频率值fMHZ，根据波束控制指令中的离轴角θ，在存储介质中查询获得的离轴角正弦三角函数查表值romsinθ，
Figure BDA0002581445000000142
分别将频率值fMHZ和离轴角正弦三角函数查表值romsinθ发送给第一乘法器MUL1。
第一运算器根据波束控制指令中的旋转角
Figure BDA0002581445000000151
在存储介质中查询获得的旋转角正弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000152
并根据三角函数的对称性，计算出旋转角余弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000153
Figure BDA0002581445000000154
Figure BDA0002581445000000155
从存储介质中获取数值dx10um、dy10um，分别将数值dx10um和旋转角余弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000156
发送给第二乘法器MUL2，分别将数值dy10um和旋转角正弦三角函数查表值
Figure BDA0002581445000000157
发送给第三乘法器MUL3。
第二运算器将输入的数据(即第四乘法器MUL4的输出结果)截掉低60位，即得到相位索引码。
实施例五
本实施例公开了一种相控阵天线波控角度解算方法，所使用的计算公式为
Figure BDA0002581445000000158
方法包括：
步骤1.通过计算机预先处理，将天线通道坐标dx、dy由国标单位米，换算为以10微米(或其他单位，公式对应调整)为单位的dx10um、dy10um存储于波控FPGA或其它处理器内部的存储器或外部FLASH、EEPROM等存储器中。通道坐标dx、dy可存储于波控FPGA或其它处理器内部的存储器或外部FLASH、EEPROM等存储器中。
步骤2.通过计算机预先处理，按步进0.01°步进，计算0°～90°的正弦值，放大
Figure BDA0002581445000000159
倍后四舍五入，并存储于波控FPGA或其它处理器内部的存储器或外部FLASH、EEPROM等存储器中。
步骤3.波控FPGA或其它处理器将波束控制指令中的频率码信息，映射为以MHz为单位的fMHZ。
步骤4.波控FPGA或其它处理器将波束控制指令中的离轴角θ，通过查表得到romsinθ。
步骤5.波控FPGA或其它处理器将波束控制指令中的旋转角
Figure BDA0002581445000000161
通过查表得到
Figure BDA0002581445000000162
步骤6.波控FPGA或其它处理器将波束控制指令中的旋转角
Figure BDA0002581445000000163
基于三角函数的对称性，通过0°～90°的正弦值可以方便的得到0°～360°范围内的
Figure BDA0002581445000000164
步骤7.通过波控FPGA或其它处理器的乘法器计算fMHZ*romsinθ，得到MUL1。
步骤8.通过波控FPGA或其它处理器的乘法器计算
Figure BDA0002581445000000165
得到MUL2。
步骤9.通过波控FPGA或其它处理器的乘法器计算
Figure BDA0002581445000000166
得到MUL3。
步骤10.通过波控FPGA或其它处理器的加法器计算MUL2+MUL3，得到ADD1。
步骤11.通过波控FPGA或其它处理器的乘法器计算MUL1*ADD1，得到MUL4。
步骤12.MUL4截掉低60位。也可在MUL1、MUL2、MUL3、ADD1的计算结果中逐步适当截位。至此，相位索引码计算完毕。
本发明的构思为将理论波控角度解算公式中的无理数、三角函数等不方便计算的参数进行单位转换、化简，然后预先计算好相关区间的参数以供实际计算时直接查询使用。本发明采用浮点数定点化，三角函数预处理，解算公式变换，计算架构优化，避免了复杂的三角函数运算和浮点计算，具有易于实现、资源消耗少、计算时间短、计算精度高等优点，极大的缩短了波束控制系统的波束切换时间。在本发明实施例中，仅介绍了一种单位转换和化简的实施方式，但在不偏离本发明的设计构思的情况下，对单位、步进长度、移相码长度等进行其他设计，也应当被理解未偏离本发明的设计思路，即包含于本发明的保护范围。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种相控阵天线波控角度解算方法，其特征在于，包括：
将波束控制指令中的频率码信息，映射为以MHz为单位的频率值fMHZ；
以以下方法计算相位索引码phase_index(dx,dy)：
Figure FDA0002581444990000011
其中，
Figure FDA0002581444990000012
Figure FDA0002581444990000013
Figure FDA0002581444990000014
θ为波束控制指令中的离轴角，
Figure FDA0002581444990000017
为波束控制指令中的旋转角，dx10um、dy10um分别为将天线通道坐标横坐标dx、纵坐标dy的单位由“米”换算为“10微米”得到的数值；
rom sinθ、
Figure FDA0002581444990000018
的值的获取方式为：
rom sinθ、
Figure FDA0002581444990000019
的值分别从预存的数据中查询获得，对应的预存的数据包括：以预定步长步进，分别计算0°～90°的正弦值、余弦值，再放大
Figure FDA0002581444990000015
倍后四舍五入的数据；
或者，rom sinθ、
Figure FDA00025814449900000110
的值分别从预存的数据中查询获得，
Figure FDA00025814449900000112
的值首先从预存的数据中查询
Figure FDA00025814449900000111
再根据三角函数的对称性计算得出，对应的预存的数据包括：以预定步长步进，分别计算0°～90°的正弦值，再放大
Figure FDA0002581444990000016
倍后四舍五入的数据；
或者，
Figure FDA00025814449900000113
的值从预存的数据中查询获得，rom sinθ、
Figure FDA00025814449900000115
的值首先从预存的数据中查询romcosθ、
Figure FDA00025814449900000114
再根据三角函数的对称性计算得出，对应的预存的数据包括：以预定步长步进，分别计算0°～90°的余弦值，再放大
Figure FDA0002581444990000021
倍后四舍五入的数据。
2.如权利要求1所述的相控阵天线波控角度解算方法，其特征在于，所述数值dx10um、dy10um存储于所述预存的数据中，在计算相位索引码phase_index(dx,dy)时从所述预存的数据中获取。
3.如权利要求1或2所述的相控阵天线波控角度解算方法，其特征在于，所述计算相位索引码phase_index(dx,dy)的步骤包括：
根据波束控制指令中的离轴角θ，根据预存的数据获取rom sinθ，再利用乘法器计算fMHZ*rom sinθ；
根据波束控制指令中的离轴角
Figure FDA0002581444990000023
根据预存的数据获取
Figure FDA0002581444990000029
获取dx10um，再利用乘法器计算
Figure FDA0002581444990000024
根据波束控制指令中的离轴角
Figure FDA0002581444990000025
根据预存的数据获取
Figure FDA00025814449900000210
获取dy10um，再利用乘法器计算
Figure FDA0002581444990000026
利用加法器计算
Figure FDA0002581444990000027
利用乘法器计算
Figure FDA0002581444990000028
再截掉计算结果的低60位。
4.如权利要求1或2所述的相控阵天线波控角度解算方法，其特征在于，所述预定步长为0.01°。
5.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，运行该计算机程序可执行如权利要求1～4任一所述的相控阵天线波控角度解算方法。
6.一种相控阵天线波控角度解算系统，其特征在于，该系统包括处理器和如权利要求5所述的计算机可读存储介质，所述处理器运行所述计算机可读存储介质中存储的计算机程序。
7.一种相控阵天线波控角度解算系统，其特征在于，包括：
存储介质，被配置为：存储预存的数据，该预存的数据为：以预定步长步进，分别计算0°～90°的正弦值，再放大
Figure FDA0002581444990000022
倍后四舍五入的数据；
第一计算单元，被配置为：进行乘法运算，该乘法运算的输入分别为：
将波束控制指令中的频率码信息，映射为以MHz为单位的频率值fMHZ，以及，
根据波束控制指令中的离轴角θ，在存储介质中查询获得的离轴角正弦三角函数查表值rom sinθ，
Figure FDA0002581444990000031
第二计算单元，被配置为：进行乘法运算，该乘法运算的输入分别为：
将天线通道横坐标dx由单位“米”换算为“10微米”的数值dx10um，以及，
根据波束控制指令中的旋转角
Figure FDA0002581444990000036
在存储介质中查询获得旋转角正弦三角函数查表值
Figure FDA0002581444990000037
并根据
Figure FDA0002581444990000038
计算得到的旋转角余弦三角函数查表值
Figure FDA0002581444990000032
Figure FDA0002581444990000033
第三计算单元，被配置为：进行乘法运算，该乘法运算的输入分别为：
将天线通道纵坐标dy由单位“米”换算为“10微米”的数值dy10um，以及，
根据波束控制指令中的旋转角
Figure FDA0002581444990000039
在存储介质中查询获得的旋转角正弦三角函数查表值
Figure FDA0002581444990000034
Figure FDA0002581444990000035
加法器，被配置为，对第二计算单元和第三计算单元的计算结果进行加法运算；
第四计算单元，被配置为：对加法器的计算结果和第一计算单元的计算结果进行乘法运算；
截掉第四计算单元计算结果的低60位。
8.如权利要求7所述的相控阵天线波控角度解算系统，其特征在于，所述预定步长为0.01°。
9.一种相控阵天线波控角度解算系统，其特征在于，包括存储介质、第一运算器、第一乘法器、第二乘法器、第三乘法器、第四乘法器、加法器和第二运算器，存储介质、第一乘法器、第二乘法器和第三乘法器分别连接于第一运算器上，第二乘法器、第三乘法器的输出连接加法器的输入端，第一乘法器、加法器的输出连接第四乘法器的输入端，第四乘法器输出端连接运算器；
存储介质，被配置为：存储预存的数据，该预存的数据包括：以预定步长步进，分别计算0°～90°的正弦值，再放大
Figure FDA0002581444990000041
倍后四舍五入的数据；以及分别将天线通道坐标横坐标dx、纵坐标dy的单位由“米”换算为“10微米”的数值dx10um、dy10um；
第一运算器将波束控制指令中的频率码信息映射为以MHz为单位的频率值fMHZ，根据波束控制指令中的离轴角θ，在存储介质中查询获得离轴角正弦三角函数查表值rom sinθ，
Figure FDA0002581444990000042
分别将频率值fMHZ和离轴角正弦三角函数查表值rom sinθ发送给第一乘法器；
第一运算器根据波束控制指令中的旋转角
Figure FDA0002581444990000047
在存储介质中查询获得旋转角正弦三角函数查表值
Figure FDA0002581444990000043
Figure FDA0002581444990000044
并根据三角函数的对称性，计算出旋转角余弦三角函数查表值
Figure FDA0002581444990000045
Figure FDA0002581444990000046
从存储介质中获取数值dx10um、dy10um，分别将数值dx10um和旋转角余弦三角函数查表值
Figure FDA0002581444990000048
发送给第二乘法器，分别将数值dy10um和旋转角正弦三角函数查表值
Figure FDA0002581444990000049
发送给第三乘法器；
第二运算器将第四乘法器的输出结果截掉低60位。
10.如权利要求9所述的相控阵天线波控角度解算系统，其特征在于，所述预定步长为0.01°。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112327728A (zh) * 2021-01-06 2021-02-05 成都天锐星通科技有限公司 一种阵元工作控制方法、装置、电子设备及存储介质
CN113486297A (zh) * 2021-09-08 2021-10-08 成都瑞迪威科技有限公司 基于雷达坐标系的相控阵天线解算方法、存储介质和装置
CN113656023A (zh) * 2021-08-12 2021-11-16 成都锐芯盛通电子科技有限公司 一种参数化相控阵天线波控系统软件生成方法
CN113759777A (zh) * 2021-08-31 2021-12-07 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 相控阵天线波束控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050113773A (ko) * 2004-05-31 2005-12-05 주식회사 극동통신 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치
CN103810319A (zh) * 2013-10-31 2014-05-21 西安电子工程研究所 一种基于fpga的相控阵天线迭代配相算法的实现方法
CN105812049A (zh) * 2016-04-15 2016-07-27 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种基于相控阵天线多干扰波束调度装置及方法
CN109558108A (zh) * 2018-11-29 2019-04-02 成都锐芯盛通电子科技有限公司 基于fpga的相控阵雷达移相器算法
CN111144014A (zh) * 2019-12-30 2020-05-12 西安电子工程研究所 一种基于fpga的二维平面相控阵天线配相算法实现方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050113773A (ko) * 2004-05-31 2005-12-05 주식회사 극동통신 위상배열안테나의 빔 조향 제어장치
CN103810319A (zh) * 2013-10-31 2014-05-21 西安电子工程研究所 一种基于fpga的相控阵天线迭代配相算法的实现方法
CN105812049A (zh) * 2016-04-15 2016-07-27 中国电子科技集团公司第三十八研究所 一种基于相控阵天线多干扰波束调度装置及方法
CN109558108A (zh) * 2018-11-29 2019-04-02 成都锐芯盛通电子科技有限公司 基于fpga的相控阵雷达移相器算法
CN111144014A (zh) * 2019-12-30 2020-05-12 西安电子工程研究所 一种基于fpga的二维平面相控阵天线配相算法实现方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112327728A (zh) * 2021-01-06 2021-02-05 成都天锐星通科技有限公司 一种阵元工作控制方法、装置、电子设备及存储介质
CN113656023A (zh) * 2021-08-12 2021-11-16 成都锐芯盛通电子科技有限公司 一种参数化相控阵天线波控系统软件生成方法
CN113759777A (zh) * 2021-08-31 2021-12-07 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 相控阵天线波束控制方法
CN113759777B (zh) * 2021-08-31 2023-12-05 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） 相控阵天线波束控制方法
CN113486297A (zh) * 2021-09-08 2021-10-08 成都瑞迪威科技有限公司 基于雷达坐标系的相控阵天线解算方法、存储介质和装置
CN113486297B (zh) * 2021-09-08 2021-11-12 成都瑞迪威科技有限公司 基于雷达坐标系的相控阵天线解算方法、存储介质和装置

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