[发明专利]使用波束增益编码的相控阵列波束追踪

说明书

本发明涉及使用波束增益编码的相控阵列波束追踪。用于相控阵列信号波束追踪的系统包括相控阵列发射器，其可被配置成以来自多个不同发射波束角的选定发射波束角发射信号波束。该系统还包括被配置成调制信号波束的增益以产生信号波束的所得的增益轮廓的波束增益角编码组件。所得的增益轮廓包括指示在接收天线处的信号波束的偏移入射角的偏移角编码。

技术领域

本公开涉及通信、追踪信号波束，并且更具体地涉及使用波束增益编码的相控阵列波束追踪。

背景技术

相控阵列天线用于发射和接收射频(RF)通信信号。相控阵列天线可发射到基于常规天线的接收器，反之亦然。当相控阵列天线用于通信链路的两端时，发射器和接收器均创建具有在适当方向上(相互指向)的增益的波束，并且然后在发射器和/或接收器移动或改变方向时修改该方向(使波束偏转)。这种使方向改变或移动可为发射器和/或接收器平台运动或振动、大气效应、多路径效应或其它移动的结果。相似的情况存在于当相控阵列天线只用于发射时，不同之处在于，接收器天线的偏转实际上可以机械方式完成，或者如果天线是固定天线，则天线可根本不偏转。在该后者的情况下，所有波束偏转将由与发射器相关联的相控阵列天线完成。典型示例可为具有相控阵列天线的飞行器，该相控阵列天线向卫星发射或从卫星接收传输数据并且必须通过飞行器的所有机动追踪卫星。也可为在它们都在它们各自路径上飞行时相互通信的两架直升机，其中每个具有其自身的相控阵列天线。

用于接收器来追踪进入接收器的所发射信号以改进通信性能的标准方法使用信号功率，并且试图通过使相控阵列接收波束偏转或通过使天线机械地偏转来不断地最大化信号功率。当前基于功率的接收器追踪方法的缺点是，在一次只有一个信号功率测量值可用的情况下，任何损失或增益都可指示必须校正波束的方向。然而，没有波束应该偏转到哪个方向的指示。因此，典型波束偏转算法必须在其它方向上偏转，以便在这些方向上对信号功率采样，从而更新偏转矢量并且因而更新波束方向。通常，这些算法本质上将以比正确指向的波束可用的平均信号功率低的平均信号功率来追踪信号。例如，通过在3dB电平下追踪实际最大功率方向附近的两个、三个或四个点，追踪可发生在3分贝(dB)电平(一半功率)。这进而又产生“指向损失”和“增益波动”。这些波动控制着由不是通过波束指向不准确引起的传播效应、闪烁效应和多路效应引起的正常信号功率波动。增益损失和波动直接影响信号质量，因而必须在任何系统中加以考虑。因此，需要不经受这些缺点的波束追踪或偏转。

发明内容

根据示例，用于相控阵列信号波束追踪的系统包括相控阵列发射器，该相控阵列发射器可配置成以来自多个不同发射波束角的选定发射波束角发射信号波束。系统还包括波束增益角编码组件，该波束增益角编码组件被配置为调制信号波束的增益以产生信号波束的所得的增益轮廓或波形。所得的增益轮廓包括指示在接收天线处的信号波束的偏移入射角的偏移角编码。

根据另一个示例，用于相控阵列信号波束追踪的系统包括在第一交通工具上的相控阵列发射器。相控阵列发射器可被配置成以来自多个不同发射波束角的选定发射波束角发射信号波束。系统还包括波束增益角编码组件，该波束增益角编码组件被配置成调制信号波束的增益以产生信号波束的所得的增益轮廓或波形。所得的增益轮廓包括指示在接收天线处的信号波束的偏移入射角的偏移角编码。系统还包括在第二交通工具上的第一接收器。第一接收器以实际入射角接收信号波束。系统还包括相关器，该相关器用于将接收的信号波束的所得的增益轮廓或波形与多个角编码的波形互相关，以确定接收的信号波束的偏移入射角。每个角编码的波形对应于入射信号波束的多个不同偏移入射角中的相应一个。接收的信号波束的偏移入射角对应于与接收的信号波束的波形具有最高相关性的多个角编码的波形中的角编码的波形。