一种分层计算的二维相控阵波束控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及相控阵波束控制技术领域，公开了一种分层计算的二维相控阵波束控制方法及系统，该波束控制方法将二维相控阵按照TR通道层、子阵合成层、路由网络层进行三层划分，通过分层计算的方法进行逐层计算控制，并进行延时优化分配。本发明专利技术解决了现有技术存在的因解算复杂、延时误差大从而造成波束切换时间长、波束精度指向差等问题。束精度指向差等问题。束精度指向差等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种分层计算的二维相控阵波束控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及相控阵波束控制
，具体是一种分层计算的二维相控阵波束控制方法及系统。

技术介绍

[0002]相控阵天线因其具有波束扫描快捷、灵活的特点，具有强大的生命力，已广泛应用于雷达、电子战、通信等现代装备系统中。而波束控制作为相控阵天线的重要组成部分，通过准确地控制天线各阵元的幅度和相位关系，获得与要求的天线方向图相对应的天线口径照射函数，以达到快速改变天线的指向和天线波束形状的目的。因此，波束控制方法的好坏决定了相控阵天线系统的整体性能指标，对波束控制技术的研究具有重要意义。
[0003]目前，现有的相控阵波束控制系统主要采用集中计算控制方法，即根据阵列布阵关系和波束指向需求，实时计算出天线各阵元幅度和相位，并完成各单元的幅度衰减和延时控制。但随着阵列规模的不断提升，直接根据波束指向计算各阵元对应的幅度和相位关系，解算过程复杂，且进行延时控制时受限于TTD延时量化精度，造成波束切换时间长、波束精度指向差等问题。

技术实现思路

[0004]为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种分层计算的二维相控阵波束控制方法及系统，解决现有技术存在的因解算复杂、延时误差大从而造成波束切换时间长、波束精度指向差等问题。
[0005]本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是：
[0006]一种分层计算的二维相控阵波束控制方法，将二维相控阵按照TR通道层、子阵合成层、路由网络层进行三层划分，通过分层计算的方法进行逐层计算控制，并进行延时优化分配。
[0007]作为一种优选的技术方案，包括以下步骤：
[0008]a，幅相校正：对进行二维相控阵进行幅相校正，获得阵元的幅度、相位校正值；
[0009]b，总相位延时值计算：根据设定波束指向角度完成阵列TR通道层、子阵合成层和路由网络层的相位延时计算，并叠加各层计算延时量，获得总相位延时值；
[0010]c，波束控制码转换：按照各层波控芯片步进量和量化精度将总相位延时值重新拆分到各层，并根据各层衰减、延时控制步进量将阵列各层幅度衰减值和拆分的各层相位延时值转换为波束控制码；
[0011]d，波束控制码下发：进行波束控制码下发，完成阵列波束指向控制和阵列波束指向的切换。
[0012]作为一种优选的技术方案，步骤b中，将阵列分成三层组成结构，依次为TR通道层、子阵合成层、路由网络层，并根据需要设定波束指向的方位角和俯仰角分别完成各层结构的相位延时计算，再累加各层计算延时值获得总的相位延时值。
[0013]作为一种优选的技术方案，阵列划分为k个子阵，每个子阵通道个数为M
×
N/k；其中，k为2的正整数次方的整数，M表示二维相控阵每行的阵元总数，N表示二维相控阵每列的阵元总数。
[0014]作为一种优选的技术方案，k＝4，每个子阵通道个数为M
×
N/4，步骤b包括以下步骤：
[0015]b1，加载阵列幅度和相位校正值：阵列各阵元的幅度和相位校正值在TR通道层完成加载，具体根据当前阵列工作频点读取相应的幅相校正值数据文件，幅相校正值为M
×
N个数值，与阵列阵元通道一一对应，阵列各子阵阵元对应的幅度和相位校正值分别表示为a
k,check
(i,j),τ
k,check
(i,j)，其中，i表示子阵每行的阵元总数，j表示子阵每列的阵元总数，k＝1～4，i＝1～M/2，j＝1～N/2；
[0016]b2，计算子阵合成层相位延时：子阵合成层相位延时包括子阵俯仰维合成和子阵方位维合成相位延时计算，子阵俯仰维合成相位延时值根据波束指向的俯仰角计算获得，子阵方位维延时值根据波束指向的方位角和俯仰角获得，计算公式为：
[0017][0018]其中，为波束指向俯仰角，θ为波束指向方位角，d为阵元间距，为第k个子阵第i行的俯仰延时计算量，τ
k,θ
(j)为第k个子阵第j列的方位延时计算量；
[0019]b3，计算路由网络层相位延时：路由网络层完成对子阵合成层输出的4个子阵合成波束进行全阵合成的相位延时计算，具体根据阵列波束指向的方位角和俯仰角获得，计算公式为：
[0020][0021]其中，τ1、τ2、τ3、τ4分别对应阵列左上角、右上角、左下角、右下角的延时计算量；
[0022]b4，计算阵列合成总的相位延时：阵列合成总的相位延时按照阵列TR通道层、子阵合成层和路由网络层的三层组成结构关系叠加获得总的相位延时计算量，叠加时按照子阵中阵元对应关系分别计算，具体叠加关系如下：
[0023][0024]其中，Total
k
(i,j)表示子阵中各阵元的总延时计算量。
[0025]作为一种优选的技术方案，步骤c包括以下步骤：
[0026]c1，获得各层各通道的幅度衰减值：各层的幅度衰减值由阵列控制需要的增益衰减值确定，其中，对于TR通道层的幅度衰减值还包含阵列各通道的幅度校正值；
[0027]c2，优化分配总相位延时值，获得各层各通道的相位延时值：进行总相位延时值重新分配时，按照各层波控芯片的步进量和量化精度进行优化分配，使得各层控制的相位延
迟误差降低；
[0028]c3，将各层幅度衰减值和相位延时值转换为波束控制码：波束控制码的转换按照波控芯片控制通道的步进量进行幅度衰减值和相位延时值的转换，假设波控芯片控制的k个步进量为n1,n2,
…
,n
k
，需要转换的幅度衰减值或相位延时值为y，转换数值与控制步进量关系为y＝a1*n1+a2*n2+
…
+a
k
*n
k
，其中，a1,a2,
…
,a
k
为取值0或1的二进制数，将a1,a2,
…
,a
k
按照对应的二进制比特位拼成的数值转换为十六进制数作为波束控制码。
[0029]作为一种优选的技术方案，步骤c2中，在总延时分配时，优先分配TR通道层，再分配子阵合成层，最后分配路由网络层，通过逐级约束和补偿实现对阵列波束的精细化控制，获得高精度指向的波束方向图。
[0030]作为一种优选的技术方案，步骤d中，对TR通道层、子阵合成层和路由网络层各自计算和转换获得的波束控制码进行逐层命令下发，完成对阵列波束指向控制和切换。
[0031]一种分层计算的二维相控阵波束控制系统，基于所述的一种分层计算的二维相控阵波束控制方法，包括依次电相连的以下模块：
[0032]幅相校正模块：用以，对进行二维相控阵进行幅相校正，获得阵元的幅度、相位校正值；
[0033]总相位延时值计算模块：用以，根据设定波束指向角度完成阵列TR通道层、子阵合成层和路由网络层的相位延时计算，并叠加各层计算延时量，获得总相位延时值；
[0034]波束控制码转换模块：用以，按照各层波控芯片步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分层计算的二维相控阵波束控制方法，其特征在于，将二维相控阵按照TR通道层、子阵合成层、路由网络层进行三层划分，通过分层计算的方法进行逐层计算控制，并进行延时优化分配。2.根据权利要求1所述的一种分层计算的二维相控阵波束控制方法，其特征在于，包括以下步骤：a，幅相校正：对进行二维相控阵进行幅相校正，获得阵元的幅度、相位校正值；b，总相位延时值计算：根据设定波束指向角度完成阵列TR通道层、子阵合成层和路由网络层的相位延时计算，并叠加各层计算延时量，获得总相位延时值；c，波束控制码转换：按照各层波控芯片步进量和量化精度将总相位延时值重新拆分到各层，并根据各层衰减、延时控制步进量将阵列各层幅度衰减值和拆分的各层相位延时值转换为波束控制码；d，波束控制码下发：进行波束控制码下发，完成阵列波束指向控制和阵列波束指向的切换。3.根据权利要求2所述的一种分层计算的二维相控阵波束控制方法，其特征在于，步骤b中，将阵列分成三层组成结构，依次为TR通道层、子阵合成层、路由网络层，并根据需要设定波束指向的方位角和俯仰角分别完成各层结构的相位延时计算，再累加各层计算延时值获得总的相位延时值。4.根据权利要求3所述的一种分层计算的二维相控阵波束控制方法，其特征在于，阵列划分为k个子阵，每个子阵通道个数为M
×
N/k；其中，k为2的正整数次方的整数，M表示二维相控阵每行的阵元总数，N表示二维相控阵每列的阵元总数。5.根据权利要求4所述的一种分层计算的二维相控阵波束控制方法，其特征在于，k＝4，每个子阵通道个数为M
×
N/4，步骤b包括以下步骤：b1，加载阵列幅度和相位校正值：阵列各阵元的幅度和相位校正值在TR通道层完成加载，具体根据当前阵列工作频点读取相应的幅相校正值数据文件，幅相校正值为M
×
N个数值，与阵列阵元通道一一对应，阵列各子阵阵元对应的幅度和相位校正值分别表示为a
k,check
(i,j),τ
k,check
(i,j)，其中，i表示子阵每行的阵元总数，j表示子阵每列的阵元总数，k＝1～4，i＝1～M/2，j＝1～N/2；b2，计算子阵合成层相位延时：子阵合成层相位延时包括子阵俯仰维合成和子阵方位维合成相位延时计算，子阵俯仰维合成相位延时值根据波束指向的俯仰角计算获得，子阵方位维延时值根据波束指向的方位角和俯仰角获得，计算公式为：其中，为波束指向俯仰角，θ为波束指向方位角，c为光在真空中的传播速度，d为阵元间距，为第k个子阵第i行的俯仰延时计算量，τ
k,θ
(j)为第k个子阵第j列的方位延时计算量；b3，计算路由网络层相位延时：路由网络层完成对子阵合成层输出的4个子阵合成波束进行全阵合成的相位延时计算，具体根据阵列波束指向的方位角和俯仰角获得，计算公式
为：其中，τ1、τ2、τ3、τ4分别对应阵列左上角、右...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘田，罗海坤，张正鸿，李建敏，符庆阳，周林，张清，何琳辉，钟懿，谭冯元，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十九研究所，
类型：发明
国别省市：