一种有源相控阵天线延时稳定的保持方法技术

本发明专利技术公开了一种有源相控阵天线延时稳定的保持方法，包括硬件设计及软件设计两大部分。本发明专利技术可以有效解决相控阵天线在进行电子扫描的过程中，因角度扫描所带来的系统延时变化。硬件设计主要为相控阵天线的拓朴结构设计，使天线的硬件实现上支持延时基准调整。软件设计主要为天线波控算法的设计，主要用于完成基于不同工作模式下的延时基准调整，从而可以根据天线不同的工作需要，完成天线延时设计，保证天线扫描过程中不会出现系统延时跳变。本发明专利技术能够实现一整套设计流程，解决相控阵天线使用过程中系统延时跳变的问题。阵天线使用过程中系统延时跳变的问题。阵天线使用过程中系统延时跳变的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种有源相控阵天线延时稳定的保持方法


[0001]本专利技术属于相控阵天线研制领域，具体涉及一种有源相控阵天线延时稳定的保持方法。

技术介绍

[0002]有源相控阵天线是相控阵雷达系统中最重要的组成部分之一，其扫描能力也决定了雷达系统的性能。随着雷达技术的不断发展，各种新技术的不断突破，相控阵雷达已经在今天多种雷达系统应用中发挥越来越重要的作用。以合成孔径雷达(SAR：Synthetic Aperture Radar)系统为例，传统SAR系统的工作模式有条带成像模式和聚束成像模式，最早的SAR天线可以不使用相控阵天线也可以进行成像，条带模式下，波束不需要扫描，而聚束模式下，雷达本体进行一维机械扫描也可以满足简单的工程应用需求。但是随着SAR技术的发展，以及对SAR系统能力要求的不断提高，ScanSAR模式、TOP模式、多角度模式、多波束模式等各种类型的工作模式应运而生，而这对天线的扫描能力都提出了更为严苛的要求，同时对SAR系统快速响应能力要求的不断提升，使得传统使用机械扫描的SAR系统已经不能满足新的应用需求。因此，具备电子扫描能力的有源相控阵天线被应用到SAR系统中成为解决当前供需矛盾的唯一途径。
[0003]SAR系统是自相参系统，系统在成像过程中的延时量是SAR系统工作中非常重要的数据，直接反应了目标与雷达系统之间的距离远近。因此，SAR系统的延时稳定性就显得尤为重要。传统的机械扫描SAR系统在机械扫描过程中，系统的延时是稳定的，不会出现系统延时的跳动问题。但是对于使用电子扫描天线阵列的SAR系统而言，由于波束的扫描，尤其是不连续扫描所导致的延时跳变会对成像产生很大的影响。而在后续的成像处理中进行数据补偿虽然一直被使用，但是会因为延时线的特性的原因导致后期的数据补偿并不能将影响完全消除。因此设计一种延时稳定的相控阵天线就显得尤为重要。
[0004]综上所述，如何设计一种系统延时稳定的相控阵天线阵列对于雷达系统的工作来说非常重要，本专利技术就是为了解决此问题而产生的。由硬件和软件两个方面进行设计，从而解决相控阵天线因电子扫描而引起的系统延时跳变问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种相控阵天线延时稳定的保持方法，从而解决电子扫描过程中，出现的雷达系统因为电子扫描而出现的系统延时跳变的问题，从而使雷达系统的工作状态更稳定，系统的性能得到提升。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种有源相控阵天线延时稳定的保持方法，包括如下步骤：
[0008]步骤101：根据天线的技术指标要求进行天线参数的估算；
[0009]步骤102：进行天线的拓扑结构设计；
[0010]步骤103：进行波束控制算法设计从而实现相控阵天线的延时稳定。
[0011]进一步地，所述步骤101包括：
[0012]所述天线的技术指标要求包括工作频率、辐射功率、波束宽度、扫描能力，所述天线参数包括相控阵天线方位向和距离向的天线口径、单元间距、通道数目及功率；
[0013]由天线的扫描能力确定天线的方位向和距离向的单元间距d：
[0014][0015]其中，lambda为天线的工作波长，theta为最大扫描角；
[0016]得到满足天线的扫描能力的最大单元间距。
[0017]进一步地，所述步骤102包括：
[0018]将天线的各级延时组件及TR组件进行对称设计，每一级延时组件在方位向和距离向上均以上一级延时组件为中心点呈现对称性分布。
[0019]进一步地，所述步骤103包括：
[0020]根据天线的扫描能力，推算出天线最大扫描时所需要的延时量的中位数，进行波控码计算的过程中，将各级延时组件各自对应的延时量的中位数加入到波控码计算中，从而得到使得延时稳定的波控设计，使天线在工作过程中，不论天线如何扫描，其延时组件的延时量的中位数一直固定不变，从而维持天线的延时稳定。
[0021]进一步地，所述步骤103还包括：根据雷达不同的工作模式，在天线进行波控码计算的过程中，选择不同的延时量的中位数参与计算，从而使得雷达在不同的工作模式下，天线均具有最优的性能。
[0022]有益效果：
[0023]本专利技术可以有效解决雷达系统在工作过程中，由于相控阵天线进行电子扫描所带来的系统延时跳变的问题。本专利技术能够实现一整套设计流程，解决相控阵天线电子扫描过程中系统延时跳变的问题。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的一种有源相控阵天线延时稳定的保持方法流程框图；
[0025]图2为本专利技术的相控阵天线拓扑结构示意图；
[0026]图3为未采用本专利技术的天线延时分布示意图；
[0027]图4为采用本专利技术的天线延时分布示意。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术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仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术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。
[0029]本专利技术包括硬件设计和软件设计。硬件设计主要为相控阵天线的拓朴结构设计，使天线的硬件实现上支持延时基准调整。软件设计主要为天线波控算法的设计，主要用于完成基于不同工作模式下的延时基准调整，从而可以根据天线不同的工作需要，完成天线延时设计，保证天线扫描过程中不会出现系统延时跳变。
[0030]如图1所示，本专利技术的一种有源相控阵天线延时稳定的保持方法包括如下步骤：
[0031]步骤101：根据天线的技术指标要求进行天线参数的估算：
[0032]具体的，根据天线的工作频率、辐射功率、波束宽度、扫描能力等指标来估计相控阵天线方位向和距离向的天线口径、单元间距、通道数目及功率等。
[0033]由天线的扫描能力确定天线的方位向和距离向的单元间距d：
[0034][0035]其中，lambda为天线的工作波长，theta为最大扫描角。由此可以得到满足扫描能力的最大间距，将通道数目适当扩大到偶数单元，这样可以在保证扫描能力的前提下，方便后续的对称性结构设计。
[0036]步骤102：进行天线的拓扑结构设计：
[0037]具体的，在进行天线的拓扑结构设计时，要对各级延时组件进行对称性排布，保证每一级延时组件在方位向和距离向上都可以上一级延时为中心点呈现一种天平形式的对称性分布。从而使得每一级的延时组件都保持这样的拓扑布局，并且，要根据设计的天线拓扑结构，选择每一级延时组件的参数，如最大延时量、最小延时步进等参数。从而保证天线后续的算法设计上简单易实现。
[0038]一般地，最大延时量与延时通道的间距及天线扫描能力有关，最小延时步进与天线的各级延时量分配及天线的工作带宽有关系。天线的工作带宽越宽，所要用到的最小延时步进会越小。从而可以有效的避免因为带宽增加而带来的色散问题对系统性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有源相控阵天线延时稳定的保持方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤101：根据天线的技术指标要求进行天线参数的估算；步骤102：进行天线的拓扑结构设计；步骤103：进行波束控制算法设计从而实现相控阵天线的延时稳定。2.根据权利要求1所述的一种有源相控阵天线延时稳定的保持方法，其特征在于，所述步骤101包括：所述天线的技术指标要求包括工作频率、辐射功率、波束宽度、扫描能力，所述天线参数包括相控阵天线方位向和距离向的天线口径、单元间距、通道数目及功率；由天线的扫描能力确定天线的方位向和距离向的单元间距d：其中，lambda为天线的工作波长，theta为最大扫描角；得到满足天线的扫描能力的最大单元间距。3.根据权利要求2所述的一种有源相控阵天线延时稳定的保持方法，其特征在于，所述步骤102包括：将天线的各级延时组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文涛，邓云凯，肖灯军，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：