CN114530701A - 相控阵天线连续扫描的周期调控方法、系统、终端及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了相控阵天线连续扫描的周期调控方法、系统、终端及介质，涉及相控阵天线技术领域，其技术方案要点是：获取相控阵天线的调控变化曲线；根据调控变化曲线的最大倾角差值与周期数上限阈值之比确定法线偏角下限值，得到法线偏角范围；根据调控变化曲线的最大倾角差值与法线偏角上限阈值之比确定周期数下限值，得到周期数范围；将法线偏角范围和周期数范围输入至以周期数和法线偏角最小为优化目标的优化模型，并结合调控变化曲线分析得到机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角；将相控阵天线和机械平台的调控策略同步运行。本发明有效降低了机械平台的调控频次，又保证了机械调节和相位调节结合的波束扫描效果。

Description

相控阵天线连续扫描的周期调控方法、系统、终端及介质

技术领域

本发明涉及相控阵天线技术领域，更具体地说，它涉及相控阵天线连续扫描的周期调控方法、系统、终端及介质。

背景技术

现有电扫相控阵天线在波束扫描至大角度方向时，会出现扫描增益快速下降、交叉极化恶化等问题，一般情况电扫相控阵天线的扫描角范围一般只能达到±60°，无法实现全方位扫描。因此，突破现有相控阵天线扫描范围的限制，实现天线的大角度高增益波束覆盖，是车载卫星通信相控阵天线的重要技术支撑。

现有技术中已有将机械伺服控制系统与相控阵天线相结合的相关文献，例如公开号为CN113219873A的中国专利，其公开了一种相控阵天线运动控制装置及其控制方法，通过机械执行单元的机械调节结合相控阵天线主体的相位调节实现无盲区扫描。又例如，公开号为CN114006170A的中国专利，其公开了一种相控阵天线倾角协同调节方法、系统、终端及介质，将相控阵天线和机械控制平台同步、动态的协同调节，机械调节的幅度波动性较小，利于相控阵天线及时、稳定、准确的完成扫描。

然而，上述的机械调节和相位调节结合技术均是以波束指向始终保持与相控阵扫描法线方向相同或相近为目的进行设计的，这在频率低、单次调幅大的间断扫描场景中具有较好的扫描效果。但是，在相控阵天线连续扫描或在频率低和单次调幅小的场景下，为了使波束指向始终保持与相控阵扫描法线方向相同或相近，机械平台参与调控的频率几乎与相控阵天线的调控频率一致；一方面会增大机械平台的摩擦损耗，缩短使用寿命；另一方面，由于机械平台自身的精度影响，以机械平台的小范围方位角调控来降低波束指向与法线之间的法线偏角，并不会对扫描跟踪的实时性和准确性有较大促进作用，反而会影响整个相控阵天线波束扫描的稳定性。因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的相控阵天线连续扫描的周期调控方法、系统、终端及介质是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供相控阵天线连续扫描的周期调控方法、系统、终端及介质，能够依据相控阵天线扫描的具体情况以非固定的周期时长和非固定方位角对机械平台的水平转动角度进行间隔、动态的调控，即有效降低了机械平台的调控频次，又保证了机械调节和相位调节结合的波束扫描效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，提供了相控阵天线连续扫描的周期调控方法，包括以下步骤：

获取相控阵天线在预设时间段内波束倾角随时间变化的调控变化曲线；

根据调控变化曲线的最大倾角差值与周期数上限阈值之比确定法线偏角下限值，得到法线偏角范围；

根据调控变化曲线的最大倾角差值与法线偏角上限阈值之比确定周期数下限值，得到周期数范围；

将法线偏角范围和周期数范围输入至以周期数和法线偏角最小为优化目标的优化模型，并结合调控变化曲线分析得到机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角；

将相控阵天线和机械平台的调控策略同步运行实现相控阵天线连续扫描的周期调控。

进一步的，所述相控阵天线在预设时间段起始时刻的波束指向初始化至法线方向，并在机械平台完成调控后重新计算补偿方位角。

进一步的，所述最大倾角差值的获得过程具体为：

若调控变化曲线仅包含一个单调变化区间，则以单调变化区间的最大值与最小值之差的绝对值作为最大倾角差值；

若调控变化曲线包含多个单调变化区间，则分别计算各个单调变化区间的最大值与最小值之差的绝对值，并以各个绝对值之和作为最大倾角差值。

进一步的，所述周期数下限值的计算公式具体为：

其中，

表示最大倾角差值；

表示法线偏角上限阈值；

表示正整数；

表示周期数下限值。

进一步的，所述优化模型的计算公式具体为：

其中，

表示间隔调控周期的周期数；

表示第

个间隔调控周期的调控方位角；

表示最大倾角差值；

表示调控方位角的系数函数，调控方位角的系数函数为随着间隔调控周期的周期数增大而呈单调递减的函数；

表示第

个间隔调控周期的周期时长；

表示预设时间段；

表示间隔调控周期的系数函数，间隔调控周期的系数函数为随着间隔调控周期的周期数增大而呈单调递减的函数。

进一步的，所述间隔调控周期和调控方位角的获得过程具体为：

根据所有间隔调控周期的时长确定第一波动参数；

根据所有间隔调控周期对应的调控方位角确定第二波动参数；

以第一波动参数和第二波动参数之和最小在调控变化曲线上划分确定机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角。

进一步的，所述机械平台的调控策略运行过程具体为：

当相控阵天线波束扫描经过间隔调控周期的时长后，机械平台沿当前的波束扫描方向旋转，旋转角度为调控方位角；

机械平台完成调控后，相控阵天线的波束指向初始化至法线方向，以法线方向为参考点继续扫描。

第二方面，提供了相控阵天线连续扫描的周期调控系统，包括：

曲线构建模块，用于获取相控阵天线在预设时间段内波束倾角随时间变化的调控变化曲线；

偏角分析模块，用于根据调控变化曲线的最大倾角差值与周期数上限阈值之比确定法线偏角下限值，得到法线偏角范围；

周期分析模块，用于根据调控变化曲线的最大倾角差值与法线偏角上限阈值之比确定周期数下限值，得到周期数范围；

优化分析模块，用于将法线偏角范围和周期数范围输入至以周期数和法线偏角最小为优化目标的优化模型，并结合调控变化曲线分析得到机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角；

同步调控模块，用于将相控阵天线和机械平台的调控策略同步运行实现相控阵天线连续扫描的周期调控。

第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的相控阵天线连续扫描的周期调控方法。

第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的相控阵天线连续扫描的周期调控方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提出的相控阵天线连续扫描的周期调控方法，通过对预设时间段内仅以相控阵天线相位调控的波束倾角的变化分布情况进行分析，同时考虑周期数和法线偏角最小来确定机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角，能够依据相控阵天线扫描的具体情况以非固定的周期时长和非固定方位角对机械平台的水平转动角度进行间隔、动态的调控，即有效降低了机械平台的调控频次，又保证了机械调节和相位调节结合的波束扫描效果；

2、本发明通过对法线偏角范围和周期数范围进行分析，保证结合优化模型和调控变化曲线能够准确无误的输出机械平台的调控策略；

3、本发明既可以适用于单方向的波束扫描，也可以适用于复杂多变的多方向波束扫描，应用范围广；

4、本发明还考虑了机械平台的调控策略中周期波动情况和法线偏角波动情况，能够有效避免周期数、法线偏角出现极限偏小情况，保证了间隔调控周期和对应周期的调控方位角分配的合理性；

5、在机械平台完成调控后，相控阵天线的波束指向初始化至法线方向，以法线方向为参考点继续扫描，可以降低机械平台自动精度限制对整体波束扫描的影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明实施例中的流程图；

图2是本发明实施例中的系统框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：相控阵天线连续扫描的周期调控方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：获取相控阵天线在预设时间段内波束倾角随时间变化的调控变化曲线；

S2：根据调控变化曲线的最大倾角差值与周期数上限阈值之比确定法线偏角下限值，法线偏角上限阈值大于法线偏角下限值，以法线偏角上限阈值和法线偏角下限值确定法线偏角范围；

S3：根据调控变化曲线的最大倾角差值与法线偏角上限阈值之比确定周期数下限值，周期数上限阈值大于周期数下限值，以周期数上限阈值和周期数下限值确定周期数范围；

S4：将法线偏角范围和周期数范围输入至以周期数和法线偏角最小为优化目标的优化模型，并结合调控变化曲线分析得到机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角；

S5：将相控阵天线和机械平台的调控策略同步运行实现相控阵天线连续扫描的周期调控。

需要说明的是，调控变化曲线是以时间为横坐标、以仅以相控阵天线相位调控的波束倾角为纵坐标所构建得到。

本发明通过对预设时间段内仅以相控阵天线相位调控的波束倾角的变化分布情况进行分析，同时考虑周期数和法线偏角最小来确定机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角，能够依据相控阵天线扫描的具体情况以非固定的周期时长和非固定方位角对机械平台的水平转动角度进行间隔、动态的调控，即有效降低了机械平台的调控频次，又保证了机械调节和相位调节结合的波束扫描效果。

为了使相控阵天线连续扫描的开始阶段就达到较佳效果，相控阵天线在预设时间段起始时刻的波束指向初始化至法线方向，并在机械平台完成调控后重新计算补偿方位角。补偿方位角的计算方法为现有技术，在此不作过多描述。

为适用于单方向的波束扫描， 若调控变化曲线仅包含一个单调变化区间，则以单调变化区间的最大值与最小值之差的绝对值作为最大倾角差值。为适用于复杂多变的多方向波束扫描，若调控变化曲线包含多个单调变化区间，则分别计算各个单调变化区间的最大值与最小值之差的绝对值，并以各个绝对值之和作为最大倾角差值。

在步骤S3中，周期数下限值的计算公式具体为：

其中，

表示最大倾角差值；

表示法线偏角上限阈值；

表示正整数；

表示周期数下限值。

在本实施例中，优化模型的计算公式具体为：

其中，

表示间隔调控周期的周期数；

表示第

个间隔调控周期的调控方位角；

表示最大倾角差值；

表示调控方位角的系数函数，调控方位角的系数函数为随着间隔调控周期的周期数增大而呈单调递减的函数；

表示第

个间隔调控周期的周期时长；

表示预设时间段；

表示间隔调控周期的系数函数，间隔调控周期的系数函数为随着间隔调控周期的周期数增大而呈单调递减的函数。

需要说明的是，优化模型还可以通过对机械平台的调控频率和调频幅度进行平衡设计来得到。

间隔调控周期和调控方位角的获得过程具体为：根据所有间隔调控周期的时长确定第一波动参数；根据所有间隔调控周期对应的调控方位角确定第二波动参数；以第一波动参数和第二波动参数之和最小在调控变化曲线上划分确定机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角。通过波动性分析能够有效避免周期数、法线偏角出现极限偏小情况，保证了间隔调控周期和对应周期的调控方位角分配的合理性。

机械平台的调控策略运行过程具体为：当相控阵天线波束扫描经过间隔调控周期的时长后，机械平台沿当前的波束扫描方向旋转，旋转角度为调控方位角；机械平台完成调控后，相控阵天线的波束指向初始化至法线方向，以法线方向为参考点继续扫描，可以降低机械平台自动精度限制对整体波束扫描的影响。

实施例2：相控阵天线连续扫描的周期调控系统，该系统用于实现实施例1中所记载的周期调控方法，如图2所示，包括曲线构建模块、偏角分析模块、周期分析模块、优化分析模块和同步调控模块。

其中，曲线构建模块，用于获取相控阵天线在预设时间段内波束倾角随时间变化的调控变化曲线；偏角分析模块，用于根据调控变化曲线的最大倾角差值与周期数上限阈值之比确定法线偏角下限值，得到法线偏角范围；周期分析模块，用于根据调控变化曲线的最大倾角差值与法线偏角上限阈值之比确定周期数下限值，得到周期数范围；优化分析模块，用于将法线偏角范围和周期数范围输入至以周期数和法线偏角最小为优化目标的优化模型，并结合调控变化曲线分析得到机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角；同步调控模块，用于将相控阵天线和机械平台的调控策略同步运行实现相控阵天线连续扫描的周期调控。

工作原理：本发明通过对预设时间段内仅以相控阵天线相位调控的波束倾角的变化分布情况进行分析，同时考虑周期数和法线偏角最小来确定机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角，能够依据相控阵天线扫描的具体情况以非固定的周期时长和非固定方位角对机械平台的水平转动角度进行间隔、动态的调控，即有效降低了机械平台的调控频次，又保证了机械调节和相位调节结合的波束扫描效果。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.相控阵天线连续扫描的周期调控方法，其特征是，包括以下步骤：

获取相控阵天线在预设时间段内波束倾角随时间变化的调控变化曲线；

根据调控变化曲线的最大倾角差值与周期数上限阈值之比确定法线偏角下限值，得到法线偏角范围；

根据调控变化曲线的最大倾角差值与法线偏角上限阈值之比确定周期数下限值，得到周期数范围；

将法线偏角范围和周期数范围输入至以周期数和法线偏角最小为优化目标的优化模型，并结合调控变化曲线分析得到机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角；

将相控阵天线和机械平台的调控策略同步运行实现相控阵天线连续扫描的周期调控。

2.根据权利要求1所述的相控阵天线连续扫描的周期调控方法，其特征是，所述相控阵天线在预设时间段起始时刻的波束指向初始化至法线方向，并在机械平台完成调控后重新计算补偿方位角。

3.根据权利要求1所述的相控阵天线连续扫描的周期调控方法，其特征是，所述最大倾角差值的获得过程具体为：

若调控变化曲线仅包含一个单调变化区间，则以单调变化区间的最大值与最小值之差的绝对值作为最大倾角差值；

若调控变化曲线包含多个单调变化区间，则分别计算各个单调变化区间的最大值与最小值之差的绝对值，并以各个绝对值之和作为最大倾角差值。

4.根据权利要求1所述的相控阵天线连续扫描的周期调控方法，其特征是，所述周期数下限值的计算公式具体为：

其中，

表示最大倾角差值；

表示法线偏角上限阈值；

表示正整数；

表示周期数下限值。

5.根据权利要求1所述的相控阵天线连续扫描的周期调控方法，其特征是，所述优化模型的计算公式具体为：

其中，

表示间隔调控周期的周期数；

表示第

个间隔调控周期的调控方位角；

表示最大倾角差值；

表示调控方位角的系数函数，调控方位角的系数函数为随着间隔调控周期的周期数增大而呈单调递减的函数；

表示第

个间隔调控周期的周期时长；

表示预设时间段；

表示间隔调控周期的系数函数，间隔调控周期的系数函数为随着间隔调控周期的周期数增大而呈单调递减的函数。

6.根据权利要求1所述的相控阵天线连续扫描的周期调控方法，其特征是，所述间隔调控周期和调控方位角的获得过程具体为：

根据所有间隔调控周期的时长确定第一波动参数；

根据所有间隔调控周期对应的调控方位角确定第二波动参数；

以第一波动参数和第二波动参数之和最小在调控变化曲线上划分确定机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角。

7.根据权利要求1所述的相控阵天线连续扫描的周期调控方法，其特征是，所述机械平台的调控策略运行过程具体为：

当相控阵天线波束扫描经过间隔调控周期的时长后，机械平台沿当前的波束扫描方向旋转，旋转角度为调控方位角；

机械平台完成调控后，相控阵天线的波束指向初始化至法线方向，以法线方向为参考点继续扫描。

8.相控阵天线连续扫描的周期调控系统，其特征是，包括：

曲线构建模块，用于获取相控阵天线在预设时间段内波束倾角随时间变化的调控变化曲线；

偏角分析模块，用于根据调控变化曲线的最大倾角差值与周期数上限阈值之比确定法线偏角下限值，得到法线偏角范围；

周期分析模块，用于根据调控变化曲线的最大倾角差值与法线偏角上限阈值之比确定周期数下限值，得到周期数范围；

优化分析模块，用于将法线偏角范围和周期数范围输入至以周期数和法线偏角最小为优化目标的优化模型，并结合调控变化曲线分析得到机械平台的间隔调控周期和对应周期的调控方位角；

同步调控模块，用于将相控阵天线和机械平台的调控策略同步运行实现相控阵天线连续扫描的周期调控。

9.一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任意一项所述的相控阵天线连续扫描的周期调控方法。

10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征是，所述计算机程序被处理器执行可实现如权利要求1-7中任意一项所述的相控阵天线连续扫描的周期调控方法。

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