[发明专利]提高平面相控阵天线波束指向精度的迭代馈相计算方法

说明书

本发明公开了一种提高平面相控阵天线波束指向精度的迭代馈相计算方法。该方法首先以平面相控阵天线的中心对称点为原点确定各阵元坐标，将所有阵元根据中心对称特性依次编号；取前一半阵元，依次计算各阵元的理论馈相值和实际馈相值，实际馈相值由理论馈相值经进位量化或舍位量化得到，量化方式的选取遵循使已计算馈相阵元累积波束指向误差最小的原则；最后根据中心对称特性完成后一半阵元的馈相。本发明有效提高了平面相控阵天线的波束指向精度，同时相位计算的运算量和复杂度适中，满足相控阵天线系统中快速波束扫描和跟踪的要求。

技术领域

本发明属于相控阵天线领域，是一种提高平面相控阵天线波束指向精度的阵元迭代馈相计算方法。

背景技术

相控阵天线广泛应用于雷达系统中，以实现空间快速扫描以及目标检测。相控阵天线的波束指向通过调整各阵元的激励电流来控制，包括激励电流的幅度和相位。移相器是调整阵元相位的关键器件，包括模拟移相器和数字移相器，其中，数字移相器因其集成度高、功耗低、移相值稳定等优点而被广泛采用。然而，数字移相器的馈相精度受移相器位数的限制，仅能提供最小相移步进整数倍的移相量，由此产生的实际馈相与理论馈相之间的误差称为馈相误差。馈相误差引起波束指向误差，即实际波束指向偏离预定波束指向。

目前，国内外有不少专家学者针对提高平面相控阵天线波束指向精度问题进行了深入研究。传统的馈相计算方法包括进位法、舍尾法和四舍五入法，然而这种方法会带来较大的周期性波束指向误差。郭燕昌等提出了随机馈相法和适当随机馈相法，包括预加相位法、二可能值法、适当预加相位法、适当二可能值法等，破坏了传统馈相方法的周期性误差，从统计角度消除了波束指向误差。但随机馈相法的馈相结果具有随机性和不稳定性，往往需要多次计算馈相值并从中选取性能最优的馈相方案。为了获得更加稳定的馈相结果，董亮等提出了基于智能优化算法的随机馈相计算方法，通过随机搜索和多次迭代获得全局较优解，然而该方法存在计算量大、计算复杂度高的问题，难以满足实际系统中的快速馈相要求。Chris Hemmi等人提出了二维量化方法，该方法利用了与波束扫描方向正交的阵元的额外自由度来提高指向精度，但对一般平面阵列缺乏通用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用平面相控阵天线的中心对称性，实现高精度波束指向的迭代馈相计算方法。

实现本发明的技术解决方案为：一种提高平面相控阵天线波束指向精度的迭代馈相计算方法，包括以下步骤：

步骤1、以平面相控阵天线的中心对称点为原点，以阵面为xoy平面，垂直阵面向上为z轴建立空间直角坐标系，平面相控阵阵元总数为2N并依次编号为No.0～No.(2N-1)，其中No.i阵元与No.(2N-1-i)阵元的坐标关于原点奇对称，0≤i≤(N-1)；

步骤2、对于预定的波束指向和工作波长，取前一半阵元，即No.0～No.(N-1)阵元，从i＝0至i＝(N-1)依次计算No.i阵元的理论馈相值，并根据理论馈相值计算实际馈相值，具体为由理论馈相值经进位量化或舍位量化得到，量化方式的选取遵循使已计算馈相阵元累积波束指向误差最小的原则；

步骤3、根据中心对称特性完成后一半阵元的馈相计算，即No.N～No.(2N-1)阵元，具体为：No.i阵元的实际馈相值与其关于原点成中心对称的No.(2N-1-i)阵元的实际馈相值互为相反数，N≤i≤(2N-1)。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明为确定性的馈相计算方法，馈相结果稳定；(2)本发明通过对阵元的依次迭代馈相，提高了平面相控阵的波束指向精度；(3)本发明相位计算方法的复杂度和计算量适中，满足相控阵系统中快速波束扫描和跟踪的要求。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明提高平面相控阵波束指向精度的阵元迭代馈相计算流程图。

图2是平面相控阵阵元排布图。