CN115963454A - 一种相频扫单脉冲天线副瓣匿影波束的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相频扫单脉冲天线副瓣匿影波束的实现方法，属于天线技术领域。利用有源相频扫天线系统技术优点，通过给定一组特定幅度相位加权和天线波束的优化组合，实现了对副瓣区干扰信号的波束匿影，减小了空间干扰信号对雷达性能的影响，实测效果达到的预期目标，可以作为实现副瓣匿影波束借鉴使用。
Description
技术领域
本发明属于天线技术领域，涉及一种相频扫单脉冲天线副瓣匿影波束的实现方法，主要应用于对副瓣干扰信号抑制有要求的相频扫单脉冲天线系统，也可适用于对副瓣抗干扰有要求的其它天线系统中。
背景技术
相频扫天线系统是一种两维电控扫描天线，一般在方位面采用相控电扫描体制，俯仰面采用行波阵频率扫描体制。相对于两维相相扫天线系统，相频扫天线系统的优点是在成本增加不多的情况下实现两维电扫描功能，缺点是频扫维电扫描范围较窄，当方位面相控扫描采用分布式有源收发组件时，相频扫天线系统称为有源相频扫天线系统。天线阵列中方位面每一个辐射单元后面连接一个有源收发通道，在接收时能同时形成单个或多个波束，并可控制波束指向，以实现大角度灵活扫描，具有系统频率响应灵敏度高，射频损耗小，系统响应速度快。相频扫天线系统由于其具有的经济实用性，至今作为炮位侦察校射雷达天线系统大量使用。
单脉冲技术是指在一个脉冲中可以同时实现和差波束的技术，在实现雷达测角功能中，采用单脉冲和差波束具有比其它测角方法精度高的优点，是目前实现雷达测角优选方法。有源相频扫天线系统方位面接收采用DBF数字波束形成方式，通过不同的加权幅相可以方便实现低副瓣和差波束，俯仰面为行波阵频扫阵列，实现和差波束最可行的方法是将频扫阵列从中间一分为二，通过馈入同时和反相相位实现频扫和差单脉冲波束。
雷达在进行目标跟踪和探测时，雷达接收到的所处空间中目标以外反射体反射回的信号都是干扰信号，而从天线副瓣区进入的干扰信号是最主要部分，为了减少副瓣区进入的干扰信号，一般要求天线具有低副瓣功能。天线设计难度随副瓣降低成倍增加，同时会使主瓣宽度增加，造成雷达测角分瓣力降低，而副瓣匿影是一种相对代价较低，在不影响雷达天线主波束探测性能的前提下，对副瓣干扰比较有效的技术措施。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种相频扫单脉冲天线副瓣匿影波束的实现方法，该实现方法在不改变和增加硬件设备的条件下，只需要通过给定一组馈电幅度相位加权，使天线系统形成特定波束，然后将不同波束进行优化组合，实现对副瓣区波束匿影，此种副瓣匿影波束的测试思路可以在工程实践中被大量推广应用。
技术方案
一种相频扫单脉冲天线副瓣匿影波束的实现方法，其特征在于：通过加权不同窗函数得到三个波束，然后对第一个波束和第二个波束进行矢量合成得到第四个波束，最后对第四个波束和第三个波束进行标量叠加得到天线系统匿影波束。
本发明进一步的技术方案：所述的第一个波束是在天线系统方位面各单元采用加权窗函数为波束宽度按90°要求设计的Woodward综合方法幅相结果合成的天线波束。
本发明进一步的技术方案：所述的第二个波束是在天线系统俯仰面上下两单元采用幅度相差6dB，相位反相的幅相加权值合成的天线波束。
本发明进一步的技术方案：所述的第三个波束是在天线系统俯仰面上下两单元采用幅度相等，相位反相的幅相加权值合成的天线波束。
一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。
一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述的方法。
有益效果
本发明提供的一种相频扫单脉冲天线副瓣匿影波束的实现方法，利用有源相频扫天线系统技术优点，通过给定一组特定幅度相位加权和天线波束的优化组合，实现了对副瓣区干扰信号的波束匿影，减小了空间干扰信号对雷达性能的影响，实测效果达到的预期目标，可以作为实现副瓣匿影波束借鉴使用。有益效果如下：
1、根据有源相频扫单脉冲天线系统特点，在不增加硬件成本的情况下，只需要改变波束形成窗函数，通过对波束进行数学运算后得到副瓣匿影波束，实现方法简单灵活。
2、通过对副瓣区和主切面的分析，由不同的波束实现对其精准匿影，保证了主天线需要匿影区域波束幅度都在匿影波束下面，得到的很好的匿影效果，提高雷达的搞干扰能力。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1表示本发明的原理框图；
图2表示本发明实施例相频扫天线系统主波束接收方向图；
图3表示本发明实施例方位面加权Woodward窗函数方向图；
图4表示本发明实施例俯仰面加权幅度差6dB，相位反相窗函数方向图；
图5表示图3和图4波束矢量合成后的方向图；
图6表示本发明实施例相频扫天线系统匿影波束方向图；
图7表示本发明实施例雷达波束减去匿影波束后的差值。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明解决问题的技术方案：对于有源相频扫单脉冲天线系统，在方位面采用有源DBF数字波束形成技术实现接收波束合成，在俯仰面采用分段频扫结构的两单元比相频扫单脉冲技术，实现两维单脉冲波束。天线系统匿影波束的实现包含以下三个波束：第一个波束是在天线系统方位面各单元采用加权窗函数为波束宽度按90°要求设计的Woodward综合方法幅相结果合成的天线波束；第二个波束是在天线系统俯仰面上下两单元采用幅度相差6dB，相位反相的幅相加权值合成的天线波束；第三个波束是在天线系统俯仰面上下两单元采用幅度相等，相位反相的幅相加权值合成的天线波束。天线系统匿影波束的实现方法是将第一个和第二个波束先进行矢量合成为第四个波束，然后再与第三个波束进行标量叠加而成的波束。
本发明中的第一个波束实现了方位面波束宽度为90°的宽波束，与方位面相控扫描±45°相对应，为了在方位面整个相扫范围内实现全部覆盖，保证在扫描过程中相扫波束副瓣区都在此宽波束下面。
本发明中的第二个波束在俯仰面实现了零深抬高的差波束，为了实现对方位面主切面上副瓣区波束匿影功能，保证主天线在方位面主切面上波束幅度在此波束下面。
本发明中的第四个波束为第一个波束和第二个波束通过矢量叠加后形成的波束可以实现对于天线主波束在除俯仰面主切面以外区域实现很好的匿影功能。
本发明中的第三个波束为天线在俯仰面主切面方向差波束，为了实现对俯仰位面主切面上副瓣区波束匿影功能，保证主天线在俯仰面主切面上波束幅度在此波束下面。
本发明中的匿影波束的实现是通过将第三个波束和第四个波束标量合成叠加后得到的，实现对匿影波束其它方向波束影响不大的情况下同时实现对匿影波束俯仰面主切面幅度抬高，保证了在整个空域内对天线主波束副瓣区的匿影效果。
图1表示本发明的原理框图，首先通过加权不同窗函数得到三个波束，然后对第一个波束和第二个波束进行矢量合成得到第四个波束，最后对第四个波束和第三个波束进行标量叠加得到天线系统匿影波束。
如图2所示为本发明实施例相频扫天线系统雷达波束接收三维方向图，天线系统辐射锥状低副瓣波束，方位面有源相扫指向为0°，俯仰面频扫指向为10°，在主切面以外区域副瓣极低。
如图3所示为本发明实施例方位面加权Woodward窗函数方向图，方位面为波束宽度为90°的宽波束，俯仰面方向图和主波束俯仰面方向图一样，由于方位面波束展宽波束增益比主波束增益低。
如图4所示为本发明实施例俯仰面加权幅度差6dB，相位反相窗函数方向图，俯仰面为零深抬高后的频扫差波束方向图，方位面方向图和主波束方位面方向图一样。
如图5所示为方位面加权Woodward窗函数方向图和俯仰面加权幅度差6dB，相位反相窗函数方向图矢量合成后方向图，方位面为波束宽度为90°的宽波束，俯仰面为零深抬高后的频扫差波束方向图。
如图6所示为本发明实施例相频扫天线系统匿影波束方向图，是在图5方向图上标量叠加主波束俯仰差方向图后的方向图。
本发明的实施例为工作在Ku波段的有源相频扫阵列天线系统，方位面单元数为120，每个单元后面连接有源收发组件，通过DBF实现接收波束合成，俯仰面单元数为86，分为上下两部分实现频扫单脉冲。如图7所示为本发明实施例雷达波束减去匿影波束后的差值，从图中可以看出，在雷达波束主波束区域雷达波束比匿影波束高，在副瓣区域雷达波束都比匿影波束低，达到副瓣匿影效果。
从本发明实施例仿真计算结果可以看出，通过本发明得到的相频扫天线系统匿影波束，在不增加硬件成本的情况下实现了天线副瓣匿影功能，使雷达系统具有对从副瓣区进入干扰信号抑制能力，提高了雷达系统的抗干扰性能，可以对其它天线系统匿影波束形成具有借鉴作用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种相频扫单脉冲天线副瓣匿影波束的实现方法，其特征在于：通过加权不同窗函数得到三个波束，然后对第一个波束和第二个波束进行矢量合成得到第四个波束，最后对第四个波束和第三个波束进行标量叠加得到天线系统匿影波束。
2.根据权利要求1所述的一种相频扫单脉冲天线副瓣匿影波束的实现方法，其特征在于：所述的第一个波束是在天线系统方位面各单元采用加权窗函数为波束宽度按90°要求设计的Woodward综合方法幅相结果合成的天线波束。
3.根据权利要求1所述的一种相频扫单脉冲天线副瓣匿影波束的实现方法，其特征在于：所述的第二个波束是在天线系统俯仰面上下两单元采用幅度相差6dB，相位反相的幅相加权值合成的天线波束。
4.根据权利要求1所述的一种相频扫单脉冲天线副瓣匿影波束的实现方法，其特征在于：所述的第三个波束是在天线系统俯仰面上下两单元采用幅度相等，相位反相的幅相加权值合成的天线波束。
5.一种计算机系统，其特征在于包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或多个程序，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现权利要求1所述的方法。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1所述的方法。
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|---|---|---|---|---|
| CN116338588A (zh) * | 2023-05-29 | 2023-06-27 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种基于非互易结构自适应星载天线副瓣抑制方法及设备 |
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2022
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| CN116338588A (zh) * | 2023-05-29 | 2023-06-27 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种基于非互易结构自适应星载天线副瓣抑制方法及设备 |
| CN116338588B (zh) * | 2023-05-29 | 2023-08-11 | 中国科学院空天信息创新研究院 | 一种基于非互易结构自适应星载天线副瓣抑制方法及设备 |
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