【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及球面相控陣天線，特別是涉及一種數學多波束球面相控陣天線的虛擬陣面成型方法。
技術介紹
1、數字多波束球面相控陣天線由于采用多波束的工作方式可以全空域地同時對空間多個目標進行跟蹤測控，在近年來新型天線的研究中越來越受到重視，成為一個新型天線研究的熱點領域。
2、在數字多波束相控陣天線的設計中的一個關鍵技術問題是如何完成數字波束形成，傳統上數字化多波束相控陣天線是通過調節天線的各個通道的數字信號的相位，而使得各個波束接收數字信號的相位一致來形成波束的。由于對信號采用復信號相位加權的信號處理在理論上非常成熟且在工程實現上很簡單，因此這種波束合成方法大量地應用在相控陣天線的工程實現上。但該方法存在一個問題是，這種僅調節通道相位的方法雖然對窄帶信號的波束合成沒有問題，但由于存在色散現象，這種方法實現的寬帶信號的波束合成往往會引起信號的畸變，造成后端信號處理出現問題。因此對于寬帶信號的波束合成，需要調節各個通道的時延差。但是在實現上，由于調節信號的時延所消耗的系統資源較大，因此工程實踐中很難做到對各個通道都進行時延處理。
技術實現思路
1、鑒于此，本專利技術提供一種數學多波束球面相控陣天線的虛擬陣面成型方法，該方法結合調節時延差與相位差兩種波束合成方法，不僅適用于數字多波束相控陣天線的窄帶信號的數字波束合成，并且適用于寬度信號的數字波束信號。本專利技術提出的數學多波束相控陣天線的虛擬陣面成型技術，旨在提供一種簡單可靠并且便于實現的數字多波束相控陣天線的波束合成方法，本
2、本專利技術公開了一種數學多波束球面相控陣天線的虛擬陣面成型方法，其包括：
3、控制子陣的幾何尺寸，以將子陣內陣元的孔徑渡越時間的影響控制在有效范圍內，即在子陣內不需要考慮孔徑渡越的影響而采用相位補償的方法，完成子陣內的波束合成；再將激活區域內的子陣之間按照時延補償的方法完成球面陣天線的波束合成；其中，子陣內的陣元之間只進行相位補償合成；子陣之間進行時延補償合成。
4、進一步地，所述控制子陣的幾何尺寸，以將子陣內陣元的孔徑渡越時間的影響控制在有效范圍內，包括：
5、在激活區域的邊界上的子陣的來波方向與該子陣法線的夾角，即激活區域角θa是最大的，即激活區域的邊界上的子陣的孔徑渡越時間為最大的，計算該子陣處的孔徑渡越影響因子k來確定子陣的幾何尺寸。
6、進一步地，所述計算該子陣處的孔徑渡越影響因子k來確定子陣的幾何尺寸，包括：
7、根據天線設計的收、發信號帶寬b，數字波束球面相控陣天線激活區域角θa的大小，以及子陣中陣元間的最大距離d，得到孔徑渡越影響因子k；
8、根據孔徑渡越影響因子k，計算子陣的幾何尺寸。
9、進一步地，通過以下公式得到孔徑渡越影響因子k：
10、
11、通過以下公式得到子陣中陣元之間的最大距離d：
12、
13、其中，c為光速。
14、進一步地，所述采用相位補償的方法，完成子陣內的波束合成，包括：
15、設一個子陣包含n個陣元：x1,x2,…,xn；以子陣中心點o為基準，子陣的第k個陣元xk收、發信號與中心點o的相位差即為相位補償值δφ(xk)；基于子陣的相位補償值，完成子陣內所有陣元的波束合成。
16、進一步地，所述基于子陣的相位補償值，完成子陣內所有陣元的波束合成，包括：
17、通過以下公式，得到子陣內的波束合成信號：
18、
19、其中，s子陣(t)為子陣的波束合成信號，sk(t)為子陣中第k個陣元的收、發信號。
20、進一步地，所述將激活區域內的子陣之間按照時延補償的方法完成球面陣天線的波束合成，包括：
21、激活區域內的子陣之間采用時延補償的方法，即將各子陣收、發信號的空間時延補償為同一值，其在幾何上等效為將激活區域內的各子陣虛擬在垂直于收、發信號的一個平面上的陣面上，然后完成該陣面的波束合成。
22、進一步地，所述完成該陣面的波束合成，包括：
23、球面陣天線的激活區域對應的陣面上的波束指向點的坐標為(x0,y0,z0)，激活區域內包含m個子陣：z1,z2,…,zh,…,zm；以子陣zh的中心點坐標(xh,yh,zh)為子陣zh的坐標；以波束指向點為基準，子陣zh收、發信號與波束指向點的時延差即為時延補償值δτh；基于各子陣收、發信號的時延補償值，完成陣面上所有子陣的波束合成。
24、進一步地，所述基于各子陣收、發信號的時延補償值，完成陣面上所有子陣的波束合成，包括：
25、通過以下公式完成陣面上所有子陣的波束合成：
26、
27、其中，s合成(t)為激活區域中所有子陣的合成信號，s子陣h(t)為激活區域中第h個子陣的收、發信號。
28、進一步地，在一個子陣中，將陣元之間的最大距離設為子陣長度，數字波束球面相控陣天線的激活區域是以球面陣的球心為頂點，以波束指向為中心軸，以與中心軸的夾角為激活區域角所形成的一個錐形，即在天線陣面上劃分出一個區域，即激活區域；其中，激活區域角為激活區域的邊界上的子陣的來波方向與該子陣法線的夾角。
29、由于采用了上述技術方案，本專利技術具有如下的優點：
30、1、解決了數字多波束球面相控陣天線對寬度信號的波束合成問題。本專利技術按照信號帶寬與渡越時間的一定關系得到球面相控陣天線子陣劃分的最大子陣尺寸，并通過子陣內的陣元之間只進行相位補償合成；子陣之間進行時延補償合成的方法，最終完成球面陣天線的波束形成。該方法可實現數字波束球面相控陣天線對寬帶信號的波束合成的需求，解決了數字多波束球面相控陣天線系統設計中的一個關鍵問題。
31、2、實現簡單、資源占用較少，降低系統設計成本。利用本專利技術不需要復雜電路，實現方法比較簡單。本專利技術僅利用系統原有的設備，而不需要增加額外的設備，并且通過軟件算法實現相控陣天線系統的虛擬陣面成型功能，便于自動化運行，降低了系統設計成本。
32、3、在傳統上，數字多波束相控陣天線一般采用對通道信號進行復信號相位加權的波束合成方法，但由于相控陣信號合成的孔徑渡越的影響，對寬帶信號，如果僅僅采用通道相位加權的波束合成方法，波束合成信號會出現畸變的情況，影響后端對信號的處理，因此這種相位加權的波束合成方法對寬帶信號并不適用。本專利技術的方法可滿足數字多波束球面相控陣天線對寬帶信號的波束合成的需求；利用該方法可在工程實踐中設計出滿足指標要求的數字多波束相控陣天線系統。
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1.一種數學多波束球面相控陣天線的虛擬陣面成型方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制子陣的幾何尺寸，以將子陣內陣元的孔徑渡越時間的影響控制在有效范圍內，包括：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述計算該子陣處的孔徑渡越影響因子k來確定子陣的幾何尺寸，包括：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，通過以下公式得到孔徑渡越影響因子K：
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用相位補償的方法，完成子陣內的波束合成，包括：
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于子陣的相位補償值，完成子陣內所有陣元的波束合成，包括：
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述將激活區域內的子陣之間按照時延補償的方法完成球面陣天線的波束合成，包括：
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述完成該陣面的波束合成，包括：
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于各子陣收、發信號的時延補償值，完成陣面上所有子陣的波束合成，包括
10.根據權利要求1-9任一項所述的方法，其特征在于，在一個子陣中，將陣元之間的最大距離設為子陣長度，數字波束球面相控陣天線的激活區域是以球面陣的球心為頂點，以波束指向為中心軸，以與中心軸的夾角為激活區域角所形成的一個錐形，即在天線陣面上劃分出一個區域，即激活區域；其中，激活區域角為激活區域的邊界上的子陣的來波方向與該子陣法線的夾角。
...【技術特征摘要】
1.一種數學多波束球面相控陣天線的虛擬陣面成型方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制子陣的幾何尺寸，以將子陣內陣元的孔徑渡越時間的影響控制在有效范圍內，包括：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述計算該子陣處的孔徑渡越影響因子k來確定子陣的幾何尺寸，包括：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，通過以下公式得到孔徑渡越影響因子k：
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用相位補償的方法，完成子陣內的波束合成，包括：
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于子陣的相位補償值，完成子陣內所有陣元的波束合成，包括：
7.根據權利要...
【專利技術屬性】
技術研發人員：杜丹，王文政，扈景召，官勁，胡陽，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第十研究所，
類型：發明
國別省市：
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