[发明专利]一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法及系统

说明书

本发明公开了一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法及系统，属于阵列天线设计领域，包括以下步骤：S1：初始参数设置；S2：方向图疏采样；S3：方向图密采样。本发明在应用于大口径子阵级稀疏阵列天线方向图计算时，对特定切面的待观察方向根据截断电平进行筛选，在保证精度的条件下大幅度提高了计算效率，节省了计算资源；应用于大型雷达天线子阵级稀疏优化时，通过灵活调节截断电平和密采样间隔可有效控制阵列优化效率和精度，在提高优化自由度的同时提高了寻得最优解的可能性，获得的雷达天线系统成本低，副瓣低，抗干扰能力强。

技术领域

本发明涉及阵列天线设计技术领域，具体涉及一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法及系统。

背景技术

天线阵列在现代军事战争和民用领域有着广泛应用，特别是在现代电子战中，电子侦察与干扰可有效截获敌方雷达发射的电磁波并从中获取有用的信息，接着我方雷达发射电磁波对敌方雷达进行通信干扰进而实现阻断敌方战场通信的目标。对于超宽带阵列天线，当前面临的主要问题在于天线进行宽空域扫描时面临的栅瓣问题，由于战场上的电磁环境日趋复杂，若阵列天线的方向图存在栅瓣雷达将接收到来自其他方向的电磁波，最终影响雷达对目标位置的判断。因此确保雷达阵列天线在全工作频段方向图内低副瓣、无栅瓣为天线设计的重要目标，为了解决栅瓣问题，对等间距排布的超宽带阵列的间距进行了限制。传统的密集排布阵列天线间距较小，但考虑到存在特定天线单元物理尺寸较大，无法放置于上述间距的栅格内；对于大口径阵列天线，若按不出栅瓣的间距对单元进行排布时所需的阵元数目庞大，后端对应的T/R通道数很多，天线生产成本昂贵。

为实现大物理尺寸的天线单元组阵方式以及降低阵列天线的生产成本，考虑对阵列天线进行稀疏化设计，稀疏阵列天线一方面可拉大单元间距满足天线单元尺寸较大的要求，另一方面可在相同阵列口径内减少阵元数，进而降低天线成本。采用子阵级稀疏是其中的一种重要方法，即先对子阵中阵元位置进行设计，再对子阵的位置进行优化，最终获得理想的方向图特性。但稀疏化会拉大单元间距，若单元间距存在一定周期性，合成的阵列天线方向图可能出现栅瓣，为消除这种周期性排布引起的栅瓣问题，有学者考虑使子阵间的阵因子的栅瓣区与子阵因子的零点区域对应进而进行对消。但采用该方式的前提在于阵列规模较小，子阵间及子阵内部阵元的位置排布均存在周期性。但该优化过程降低了天线阵元排布的自由度，因此优先考虑所有阵元全区域自由排布的情况。

大口径阵列天线的波束宽度较窄，若需详细准确了解天线方向图性能，在进行方向图计算时需对计算角度进行加密，但该操作大幅度增加了计算量，降低了计算效率。之前未有文献关于大口径稀疏阵列的方向图计算效率的提升，常规的计算方法使计算时间和计算资源大幅度增加。由于子阵级稀疏阵列方向图是由子阵的阵列方向图对阵因子方向图的调制，因此本发明考虑将提取方向图中的有效观察区，并对有效观察区进行详细的计算，相当于局部加密计算。该方法可有效避开方向图截断区域的无效计算，大幅度提高大口径子阵级稀疏阵列天线方向图计算效率，基于此方法提出针对窄波束阵列天线的一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法及系统。

申请号为CN201711468663.6公开的一种超稀疏天线阵列收发波束方向图的测试方法，，主要解决现有测量方法和体制无法对超稀疏天线阵列进行地面方向图测试的难题。本发明通过多天线接收同一卫星的回波信号，利用FX相关合成器获取各天线间延迟差和相位差，作为天线间延迟差和相位差的零值；在此基础上对单天线波束宽度内的来波方向进行栅格化，利用对应的延迟差和相位差对各天线接收的卫星信号进行精确补偿，从而实现超稀疏天线阵列收发方向图的测试。本发明具有延迟/相位测量精度高、方法简单可靠等优点，比较适用于区域天线组阵、网络化雷达等超稀疏、分布式天线阵列的远场方向图测试。该技术虽然能够实现方向图的测试，但该方法对所有区域进行计算，计算量大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于在窄波束条件下如何提高子阵级稀疏阵列天线方向图的计算效率，提供了一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法。