[发明专利]相控阵天线和、差波束信号电平的平坦度优化方法

说明书

本发明提出的一种相控阵天线和、差波束信号电平的平坦度优化方法，耗费硬件资源小、能改善多波束相控阵天线波束形成。本发明通过下述技术方案予以实现：基于迭代FFT算法实现直线稀疏阵列的峰值旁瓣电平最优化；利用相控阵天线激活区域激励阵列因子与阵元激励之间的傅里叶变换对关系，对不同的初始随机阵元激励分别作迭代循环，得到最优的阵元分布；应用循环迭代方式获取阵元激励系数，计算出每个阵元或子阵的和、差波束加权系数，根据自动生成激励信号，完成相控阵天线在对空间目标自跟踪时和、差波束电平平稳滑动设计，基于上述和、差波束电平平稳滑动设计，利用多波束形成球面阵天线差阵列划分的特点，得到修正后的和、差波束电平。

技术领域

本发明涉及一种改善数字化多波束相控阵天线和波束与差波束信号电平的平坦度的波束合成的优化方法。

背景技术

一维扫描相控阵天线在方位面具有窄波束、低副瓣特性，在俯仰面实现和差波束。单脉冲天线波束在方位扫描时，其极化特性是不断变化的。多波束天线(multibeamantenna)是能产生多个锐波束的天线。这些锐波束(称为元波束)可以合成一个或几个成形波束，以覆盖特定的空域。多波束天线有透镜式、反射面式和相控阵式等三种基本形式。此外还有以相控阵作为反射面或透镜馈源的混合形式。在阵列波束形成中，波束方向图一般要求具有低旁瓣特性。理论上可以设计出具有任意低旁瓣电平的波束方向图，但由于实际系统存在各种误差，如阵元幅相误差、阵元位置误差、阵元之间的互耦、通道响应失配等，限制了旁瓣电平的降低。

多波束相控阵天线设计的核心是多波束形成网络以及相控阵天线波束扫描特性与和差波束性能。多波束相控阵天线系统利用波束形成网络在空间形成多个不同指向的波束，实现空分复用，增加通信容量。相控阵多波束采用分割成子阵的方式形成多波束，各个子阵要同时工作，同时形成多波束，各个波束相邻波束间相互影响，增益影响在2～3个db。多波束相控阵天线阵列使用微波信号放大后分多路，各自独立相合成多个波束，通过相位和差单脉冲测角体制同时完成对多个目标的角跟踪功能。数字多波束形成是指在对阵列天线各阵元接收下变频后的中频信号进行A/D采样，然后分成多路进行数字波束形成处理。移相、幅度加权、信号合成等都是在FPGA中用算法来实现的。因此它的处理实现了软件化，灵活性更高，当然对硬件花销也提出高需求。特别是当要形成的波束数目很多时，硬件将变得很复杂，也难以测试和调级。数字波束形成在波束形成上较模拟方式有很大灵活性的同时，其工程应用还有很多局限性，射频放大、混频、中频采样的设备硬件量还是很大，需要开发专用高集成芯片；如果直接射频采样则存在采样频率、带宽和动态范围等限制问题。