基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提出的一種基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，提供一種在掃描范圍內(nèi)波束不變形、增益穩(wěn)定的DBF系統(tǒng)，本發(fā)明專利技術(shù)通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：活動陣列重構(gòu)模塊根據(jù)天線波束指向形成活動陣列，加權(quán)矢量計算模塊根據(jù)輸入的波束指向計算得到活動陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對活動陣列信號進行加權(quán)形成波束，波束形成時，活動陣列的中心陣面的切向垂直于目標方向，波束指向隨著目標移動始終保持指向目標，活動陣列的陣元也隨之發(fā)生改變，活動陣列隨著目標的移動而在天線的陣面上滑動，在滑動過程中，保持活動陣列中心陣元的法線與波束指向一致。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)
本專利技術(shù)涉及一種對陣列天線輸出信號進行復加權(quán)運算，形成所需的波束信號的數(shù)字波束形成系統(tǒng)，尤其是基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成DBF系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
波束形成技術(shù)是陣列信號處理的一個重要分支，波束形成(BeamForming)這個術(shù)語來源于早期的相控陣雷達，被設計用于形成方向性波束，以便在接收某一特定方向發(fā)出的信號的同時，衰減其它方向到來的信號。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，在衛(wèi)星測控、通信等領域，數(shù)字波束形成技術(shù)的應用越來越廣泛，目前多采用固定陣元或者子陣切換的方式形成波束，在波束掃描時存在波束主瓣展寬，副瓣升高等問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是針對當前波束形成技術(shù)存在的波束掃描時主瓣展寬、副瓣升高等問題，提供一種在掃描范圍內(nèi)波束不變形、增益穩(wěn)定，利用滑動活動陣列形成波束，解決波束掃描時的主瓣展寬、副瓣升高問題的陣列滑窗保形數(shù)字波束形成DBF系統(tǒng)。本專利技術(shù)解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的方案是：一種基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，包括接收陣列天線信號的信號緩沖池、活動陣列重構(gòu)模塊、加權(quán)矢量計算模塊和波束形成模塊，其特征在于，活動陣列重構(gòu)模塊根據(jù)天線波束指向形成活動陣列，活動陣列信號通過波束形成模塊輸入到加權(quán)矢量計算模塊，加權(quán)矢量計算模塊根據(jù)輸入的波束指向計算得到活動陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對活動陣列信號進行加權(quán)形成波束，波束形成時，活動陣列的中心陣面的切向垂直于目標方向，波束指向隨著目標移動始終保持指向目標，活動陣列的陣元也隨之發(fā)射改變，構(gòu)成活動陣列的天線陣元陣面隨著目標的移動而在天線的陣面上滑動，在滑動過程中，保持活動陣列中心陣元的法線與波束指向一致。本專利技術(shù)相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：本專利技術(shù)采用陣列天線信號全部輸出到信號緩沖池，通過活動陣列重構(gòu)模塊根據(jù)波束指向形成活動陣列，然后將活動陣列的信號傳輸?shù)讲ㄊ纬赡K，加權(quán)矢量計算模塊根據(jù)輸入的波束指向計算得到活動陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對活動陣列信號進行加權(quán)形成波束陣列滑窗技術(shù)，在波束形成時，隨著波束指向的變化，動態(tài)改變參與波束形成的陣元，陣列中心始終指向目標方向，避免了固定陣列波束掃描時的波束主瓣展寬，使得波束掃描時增益保持一致，副瓣不升高。本專利技術(shù)利用陣列滑窗的活動陣列重構(gòu)，在波束掃描時，由于活動陣列隨著波束指向動態(tài)改變，主瓣不會展寬，副瓣不升高，使得增益穩(wěn)定，可以滿足天線陣系統(tǒng)在波束掃描時對波束保形的需求。本專利技術(shù)采用的波束形成技術(shù)可以應用在球面陣、柱面共形陣等天線系統(tǒng)中。附圖說明圖1是本專利技術(shù)基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)的實施例原理框圖。圖2表示本專利技術(shù)用于球面陣天線的外觀形狀示意圖。具體實施方式為了進一步說明而不是限制本專利技術(shù)的上述實現(xiàn)方式，下面結(jié)合附圖和實施例對本專利技術(shù)進一步說明，但并不因此將本專利技術(shù)限制在所述的實施范圍之中。所有這些構(gòu)思應視為本技術(shù)所公開的內(nèi)容和本專利技術(shù)的保護范圍。在圖1描述的一個最佳實施例中,基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，包括接收陣列天線信號的信號緩沖池、活動陣列重構(gòu)模塊、加權(quán)矢量計算模塊和波束形成模塊。該基于陣列滑窗的保形DBF系統(tǒng)由信號緩沖池、活動陣列重構(gòu)模塊、加權(quán)矢量計算模塊和波束形成模塊構(gòu)成的環(huán)路組成，其中，活動陣列重構(gòu)模塊根據(jù)天線波束指向形成活動陣列，活動陣列信號通過波束形成模塊輸入到加權(quán)矢量計算模塊，加權(quán)矢量計算模塊根據(jù)輸入的波束指向計算得到活動陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對活動陣列信號進行加權(quán)形成波束，波束形成時，活動陣列的中心陣面的切向垂直于目標方向。波束指向隨著目標移動始終保持指向目標，構(gòu)成活動陣列的陣元也隨之發(fā)射改變，從幾何的角度看，構(gòu)成活動陣列的天線陣元陣面隨著目標的移動而在天線的陣面上滑動，活動陣列的陣面隨著目標的移動而在共形天線的陣面上滑動，在滑動過程中，保持活動陣列中心陣元的法線與波束指向一致。上述陣列天線可以是共形陣列天線或陣面為半球形的球面陣列天線。共形陣列天線的輸出信號全部輸入到信號緩沖池，波束形成模塊根據(jù)波束指向的需要，選取其中一部分陣元構(gòu)成陣列進行波束形成，參與波束形成的陣元構(gòu)成的陣列成為活動陣列。共形陣列天線的活動陣列的陣元數(shù)量是相對固定的，不隨著波束指向的變化而變化。共形陣列天線的陣元數(shù)量大于活動陣列的陣元數(shù)量，波束掃描時，活動陣列的陣元數(shù)量不變，波束主瓣不展寬，副瓣不升高。共形天線的輸出信號全部輸入到信號緩沖池，活動陣列重構(gòu)模塊根據(jù)波束指向形成活動陣列，只將活動陣列的信號輸出到波束形成模塊進行處理。共形陣列天線陣面隨著目標的移動，活動陣列的陣元也會相應變化，波束移動方向的陣元逐漸進入活動陣列，反向的陣元逐漸移出活動陣列，相當于活動陣列在滑動。以共形陣列天線為例，共形陣列上面排列有1000個陣元，活動陣列的陣元數(shù)目設定為300。信號緩沖池接收共形陣列天線輸出的1000路信號，活動陣列重構(gòu)模塊根據(jù)波束指向形成活動陣列，然后將活動陣列的300路信號傳輸?shù)讲ㄊ纬赡K，加權(quán)矢量計算模塊根據(jù)輸入的波束指向計算得到活動陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對活動陣列的300路信號進行加權(quán)形成波束。參閱圖2。活動陣列的確定方法：根據(jù)系統(tǒng)增益要求確定活動陣列的陣元數(shù)目，以法線與目標方向一致的陣元為中心確定一個圓形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的陣元數(shù)目等于活動陣列要求的陣元數(shù)目。以球形陣列天線為例說明活動陣列的重構(gòu)方法，如圖2所示球形陣列天線，圖中上半部分為球形陣列天線，下面的柱體為如圖2所示安裝平臺。從球心向外看，球形陣列天線在球面上以目標方向為中心，取30度錐角區(qū)域內(nèi)的單元作為活動陣列的陣元，數(shù)目為300。隨著目標的移動，錐角30度內(nèi)的球面上的陣元也會相應變化，波束移動方向的陣元逐漸進入活動陣列，反向的陣元逐漸移出活動陣列，相當于活動陣列在滑動。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，包括接收陣列天線信號的信號緩沖池、活動陣列重構(gòu)模塊、加權(quán)矢量計算模塊和波束形成模塊，其特征在于，活動陣列重構(gòu)模塊根據(jù)天線波束指向形成活動陣列，活動陣列信號通過波束形成模塊輸入到加權(quán)矢量計算模塊，加權(quán)矢量計算模塊根據(jù)輸入的波束指向計算得到活動陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對活動陣列信號進行加權(quán)形成波束，波束形成時，活動陣列的中心陣面的切向垂直于目標方向，波束指向隨著目標移動始終保持指向目標，活動陣列的陣元也隨之發(fā)射改變，構(gòu)成活動陣列的天線陣元陣面隨著目標的移動而在天線的陣面上滑動，在滑動過程中，保持活動陣列中心陣元的法線與波束指向一致。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，包括接收陣列天線信號的信號緩沖池、活動陣列重構(gòu)模塊、加權(quán)矢量計算模塊和波束形成模塊，其特征在于，活動陣列重構(gòu)模塊根據(jù)天線波束指向形成活動陣列，活動陣列信號通過波束形成模塊輸入到加權(quán)矢量計算模塊，加權(quán)矢量計算模塊根據(jù)輸入的波束指向計算得到活動陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對活動陣列信號進行加權(quán)形成波束，波束形成時，活動陣列的中心陣面的切向垂直于目標方向，波束指向隨著目標移動始終保持指向目標，活動陣列的陣元也隨之發(fā)射改變，構(gòu)成活動陣列的天線陣元陣面隨著目標的移動而在天線的陣面上滑動，在滑動過程中，保持活動陣列中心陣元的法線與波束指向一致，共形陣列天線陣面隨目標移動，波束移動方向的陣元逐漸進入活動陣列，反向的陣元逐漸移出活動陣列，相當于活動陣列在滑動。2.按權(quán)利要求1所述的基于陣列滑窗的保...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：俄廣西，劉嘉興，唐軍，
申請(專利權(quán))人：中國電子科技集團公司第十研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51