[发明专利]大型共形相控阵系统多区域联合波束跟踪方法

说明书

本发明提出的一种大型共形相控阵系统多区域联合波束跟踪方法，旨在解决大型共形相控阵系统跨区域跟踪时，可能出现的相位抖动和幅度抖动。本发明通过下述技术方案予以实现：分区域标校模块首先对相控阵系统进行标校区域划分，计算并存储每个标校区域指向的方向矢量，判断每个标校区域所包含的阵元，得到每个区域包含阵元的标校相位；阵元权值模块选择目标指向附近的三个区域的标校相位，推导出三组在目标指向的阵元加权相位，并联合三组加权相位进行平滑滤波，计算出各阵元的加权值；阵元加权模块将形成的和差波束送给波束跟踪模块，计算角度误差电压，经过环路滤波后，修正目标方向，得到新的目标指向，从而完成目标的跟踪。

技术领域

本发明涉及一种适用于相控阵系统的波束跟踪方法，尤其是适用于解决大型共形相控阵系统跨区域跟踪时可能出现的相位抖动和幅度抖动问题的波束跟踪方法。

背景技术

随着数字多波束及相控阵技术的快速发展，共形相控阵利用阵列信号处理技术，可以实现多波束、全空域的目标搜索、跟踪。共形相控阵天线阵列具有最大响应的方向被称为波束指向方向，即在这一方向阵列具有最大增益。对一个线性阵列，当信号在增益与相位上不做改变就进行合并时的波束指向面为阵列的宽面，并垂直于阵元的连线。共形相控阵天线采用电控扫描的方式，扫描速度快、波束控制灵活、抗干扰能力强，且可以同时完成目标搜索、跟踪、引导等多项功能。相对平面相控阵，共形阵元配置复杂，波束控制困难，共形阵中移相器控制信号的产生比线阵或平面阵情况要复杂一些，运算量也要大一点。所谓“相控阵”即通过相位控制实现波束扫描的阵列，其相位值可以通过计算机灵活改变，并且波束扫描快速。相控阵天线的这种性能是通过波控系统来实现的。波控系统根据不同的天线波束指向要求，完成每个单元移相器的移相量计算并提供控制信号。正是由于它的这种灵活性，使得相控阵雷达能够利用同一天线口径形成多个独立的发射波束和接收波束，且能根据实际情况的需求确定雷达的最佳工作方式，以获得满足各种要求的复杂波束。但是随着相控阵面规模的增大，波束控制系统也越来越复杂，并且随着波束形成数量的增加，系统硬件成倍增加，体积、功耗和重量上也成倍增加，硬件非常复杂，不利于工程应用。传统的数字多波束形成技术只是单波束形成的复制，由于现代相控阵电子系统对波束控制的速度要求越来越高，因此对系统的波束运算、数据传输等要求也相应提高。此时常规集中计算方法对数字信号处理器产生巨大压力，严重影响了波束控制的响应时间。

相控阵系统阵面天线的波束指向由波束控制系统来执行，它主要通过对阵面各单元相位和增益的控制实现波束空间指向的变化。其中，阵列方向图在波束指向方向上的任一侧都将衰减到零值，即在该位置阵列响应为零，通常称为零陷。在波束指向方向上的两侧零陷间的方向图被称为主瓣。主瓣两个功率点间的宽度称为半功率波束宽度。各单元相位变化对确定的阵列天线而言主要取决于天线波束指向角的变化。单元间距较小时，天线单元之间的互耦会比较强烈，对方向图的影响相对较大。天线单元的间距较大时，又会使天线阵列体积过大，不够紧凑，影响使用。阵列天线形成高质量波束的前提是要控制多通道辐射或接收信号之间的误差，保持通道间的幅度、相位一致性。阵元天线在设计、使用过程中不可避免的存在安装位置误差；阵元天线有源部件和内部电缆等各分机在生产和装配时都存在一定的不一致性，阵列天线之间也不可避免地存在互耦效应。影响天线面阵元相位的因素主要有两个方面：一是阵面结构及阵元安装误差引入的阵元空间位置误差；二是天线阵元及TR组件性能不一致引起的各阵元发射接收信号的相位变化；这两种误差都会引起通道的不一致性，都会对系统的天线增益旁瓣电平和指向精度等性能造成影响。将这些误差测量出来并通过信号处理加以标校，可有效降低对系统的影响。