[发明专利]数字多波束相控阵天线对动态目标的电扫描自跟踪的方法

说明书

本发明提出的一种数字多波束相控阵天线对动态目标的电扫描自跟踪的方法，旨在提供一种简单可靠、耗费硬件资源小、能改善多波束相控阵天线自跟踪性能的一种方法。本发明通过下述技术方案予以实现：在多波束相控阵天线的角跟踪系统中，以波束指向目标为中心，按方位、俯仰方向循环扫描偏离一个δ角的四个对称点，对跟踪目标进行偏轴线的圆锥电扫描和波束电扫描控制；DBF单元产生方位及俯仰差波束信号，将合、差信号送入角跟踪接收机解调出方位误差电压及俯仰角误差电压；波控单元调整波束指向的方位及俯仰角，得到跟踪目标的波束指向，将实时调整的波束指向送入数字波束形成DBF单元，完成波束形成，引导相控阵波束天线实现对动态目标的自跟踪功能。

技术领域

本发明涉及航天测控领域中一种数字多波束相控阵天线电扫描的自跟踪方法。

背景技术

数字波束形成(DBF)是阵列天线和信号处理等诸多领域的综合技术。DBF技术既可以应用于接收模式,也可以应用于发射模式。虽然多波束形成在数字实现,但是通过控制本振将几个信号变频到相同的中频,波束形成的数量越多,设备的组成就越大,相应的体积和重量以及系统的基本可靠性就越低。数字相控阵天线因其波束扫描快、波束易于赋形和抗干扰能力强等特点,在诸多平台上得到了广泛应用。传统相控阵天线系统为实现多波束,在重量、体积、功耗等方面会有明显的增加,系统的基本可靠性也显著降低。由于波束形都是在模拟域实现,通过波控器控制移相器改变每路信号的相位,实现波束扫描；在此基础上,通过增加通道和移相器的数量来实现多波束形成。由于功耗和重量上成倍增加,硬件非常复杂，而且波束形成网络设计完成后,波束形状不容易改动。由于角跟踪接收机、数字波束形成 DBF单元与波控计算机是数字波束系统必须使用的设备，数字化多波束相控阵天线设计中波束对目标的自跟踪技术是一项关键技术，对波束指向、波束增益、副瓣等有着重大影响，严重时甚至不能正常接收目标信号，因此必须对波束自跟踪技术进行认真分析及设计。传统上数字化多波束相控阵天线的自跟踪方法通常是通过划分方位俯仰差阵列，由数字波束形成单元(DBF)形成方位差信号与俯仰差信号并送角跟踪接收机。这种方法的差信号(包括方位差信号与俯仰差信号)占用了DBF一个下行波束通道，而对于数字多波束阵列天线系统来说下行波束通道是宝贵的资源，阵列天线有效的下行波束通道决定了系统所支持的多目标数目，而系统所能支持的多目标数是阵列天线系统的一项重要指标。为了减小天线互耦,需要增大阵元的间距,但是增大阵元间距会提高天线波束栅瓣。对于相控阵天线而言,栅瓣的出现会影响最大波束扫描角。因此本发明提出的这种不占用DBF下行波束通道的天线对目标的自跟踪方法对于数字多波束相控阵天线的工程应用具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是针对数字化多波束相控阵天线对动态目标的自跟踪问题，提供一种简单可靠、耗费硬件资源小,能改善多波束相控阵天线自跟踪性能的数字多波束相控阵天线对动态目标的电扫描自跟踪的方法，能够高实时地自动跟踪动态目标的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种数字多波束相控阵天线对动态目标的电扫描自跟踪的方法，具有如下技术特征：在多波束相控阵天线的角跟踪系统中，多波束相控阵天线阵面与射频前端，以波束指向目标为中心，按方位、俯仰方向循环扫描偏离一个δ角的四个对称点，采用数字波束对跟踪目标进行偏轴线的圆锥电扫描和波束电扫描控制；数字波束形成DBF单元利用下行数字波束形成DBF通道，接收数字多波束相控阵天线阵面与射频前端送下来的数字信号，根据波束电扫描控制和波束指向形成和、差信号，产生方位及俯仰差波束信号，将电扫描合、差波束信号形成的合、差信号送入角跟踪接收机进行角度误差解调，解调出方位误差电压及俯仰角误差电压，然后送入波控单元的数字环路滤波器进行滤波；波控单元根据接收角跟踪接收机送来的角跟踪误差电压，调整波束指向的方位及俯仰角，得到跟踪目标的波束指向，将实时调整的波束指向送入数字波束形成DBF单元，完成波束形成，引导相控阵波束天线实现对动态目标的自跟踪功能。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：