[发明专利]一种适用于圆极化球面相控阵天线极化相位补偿方法

说明书

本发明公开了一种适用于圆极化球面相控阵天线极化相位补偿方法，所述方法包括：构建球面阵几何坐标系，并确定球面阵几何坐标系下各阵元相对于参考阵元的安装旋转角参数；构建波束指向坐标系，并确定波束指向坐标系与球面阵几何坐标系之间的坐标转换关系；基于安装旋转角参数以及坐标转换关系，确定安装旋转角参数在波束指向坐标系中的等效旋转角参数，并根据等效旋转角参数，计算极化补偿相位值。本发明通过构建球面阵几何坐标系和波束指向坐标系计算极化补偿相位值，可以解决球面相控阵在全空域的极化合成问题，实现球面相控阵天线波束的高效率合成。而且算法具有普适性，可以广泛应用于各类球面相控阵天线的设计中。

技术领域

本发明涉及雷达天线技术领域，尤其涉及一种适用于圆极化球面相控阵天线极化相位补偿方法。

背景技术

球面相控阵的设计方法是将阵元按一定规则排布于球体表面，这样在每个目标方向上都有不同的区域阵元工作。目标运动时，目标会正对不同的阵面区域，工作的阵面区域就会随着目标进行连续切换，这就是滑窗的工作模式。

为了使天线的合成波束在目标方向形成高增益波束，天线每个阵元需要赋予一定的相位关系，再进行信号合成，这样才能形成稳定的高增益波束。

在球面相控阵天线的设计原理中，需要对阵元空间极化的变化所引起的相位值进行补偿，若这一部分得不到补偿，则相控阵天线无法高效率的合成波束，使阵面的效能降低，甚至在某一些特定指向上无法正常工作。

在目前现有的工程技术应用中，基于球面阵列天线的固定波束极化补偿，这种情况不能适用于滑窗的工作模式；若将全空域分为若干区域，每一个区域采用一种极化补偿方法或一个数据列表，不同区域采用了不同的极化补偿方法和数据列表又操作繁琐计算量大。如何高精度、全空域的补偿极化相位变化就是天线设计的一项重要工作。

发明内容

本发明实施例提供的一种适用于圆极化球面相控阵天线极化相位补偿方法，用以解决如何高精度、全空域的补偿极化相位变化的问题。

根据本发明第一方面实施例中的适用于圆极化球面相控阵天线极化相位补偿方法，包括：

构建球面阵几何坐标系，并确定球面阵几何坐标系下各阵元相对于参考阵元的安装旋转角参数；

构建波束指向坐标系，并确定所述波束指向坐标系与所述球面阵几何坐标系之间的坐标转换关系；

基于所述安装旋转角参数以及所述坐标转换关系，确定所述安装旋转角参数在所述波束指向坐标系中的等效旋转角参数，并根据所述等效旋转角参数，计算极化补偿相位值。

根据本发明的一些实施例，所述参考阵元为球面阵几何坐标系中天顶方向上的虚拟阵元。

根据本发明的一些实施例，所述安装旋转角参数为欧拉旋转参数。

根据本发明的一些实施例，所述安装旋转角参数包括绕球面阵几何坐标系Z轴的旋转角γ、绕球面阵几何坐标系Y轴的旋转角β、以及绕阵元法向轴的旋转角α。

根据本发明的一些实施例，所述构建波束指向坐标系，并确定所述波束指向坐标系与所述球面阵几何坐标系之间的坐标转换关系，包括：

以波束指向方向为Z轴构建波束指向坐标系；

确定所述波束指向坐标系的Z轴与所述球面阵几何坐标系的Z轴之间的夹角θ；

确定所述波束指向坐标系的Z轴在所述球面阵几何坐标系的XY面上的投影与所述球面阵几何坐标系的X轴之间的夹角Φ。

根据本发明的一些实施例，所述基于所述安装旋转角参数以及所述坐标转换关系，确定所述安装旋转角参数在所述波束指向坐标系中的等效旋转角参数，包括：

根据下列公式，确定所述安装旋转角参数在所述波束指向坐标系中的等效旋转角参数α'、γ'：