[發(fā)明專利]一種近場(chǎng)相控陣波束聚焦方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210041619.8
• 申請(qǐng)日: 2012-02-21
• 公開（公告）號(hào): CN102544732A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李志平;許鼎;武建華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H01Q3/30
• 分類號(hào): H01Q3/30
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及近場(chǎng)相控陣波束聚焦算法，其主要應(yīng)用于相控陣波束的控制，用以在近場(chǎng)區(qū)域內(nèi)聚焦形成可與遠(yuǎn)場(chǎng)波瓣可比擬的、可相控掃描的高性能波束。

背景技術(shù)

相控陣技術(shù)是通過改變單元相位來實(shí)現(xiàn)波束方向的掃描，區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的波束控制。相控陣系統(tǒng)具有更多的功能、更強(qiáng)的探測(cè)能力、更大的覆蓋空域、更高的數(shù)據(jù)率、更高的可靠性以適應(yīng)復(fù)雜多變的目標(biāo)環(huán)境。相控陣波束在微秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)便可在全空域內(nèi)跳躍，波束靈活多變，易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)旁瓣抑制和對(duì)抗各種干擾，并可由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理和波束控制。相控陣系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于造價(jià)昂貴，主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。

隨著發(fā)射/接收組件和智能天線技術(shù)的進(jìn)步，未來的相控陣系統(tǒng)自然將會(huì)在移動(dòng)通信、智能樓宇和工業(yè)雷達(dá)等民用領(lǐng)域推廣。軍用相控陣通常工作在滿足平面波條件的遠(yuǎn)場(chǎng)，掃描波束與陣列單元幅相之間的傅里葉變換關(guān)系為業(yè)內(nèi)廣泛使用，而不滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件的近場(chǎng)應(yīng)用將在未來成為更為一般性的常態(tài)，傳統(tǒng)的相移控制波束掃描的方法并不適用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提出近場(chǎng)相控陣波束聚焦方法，能在近場(chǎng)范圍內(nèi)形成高性能的波束，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)波束掃描和控制。

本發(fā)明為了達(dá)到上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：

一種近場(chǎng)相控陣波束聚焦方法，其特征在于：通過對(duì)近場(chǎng)相控陣天線陣列單元的非線性移相在近場(chǎng)聚焦形成類似于在遠(yuǎn)場(chǎng)的波瓣圖，陣面單元的幅相權(quán)重以解析表達(dá)的形式給出，并通過對(duì)幅相權(quán)重的優(yōu)化以控制波束的指向、零深和副瓣等參數(shù)，在近場(chǎng)區(qū)域綜合出高性能的波束。

其中，所述相控陣波束掃描所需單元的非線性相移以解析表達(dá)形式給出。

其中，所述的近場(chǎng)相控陣波束的指向、零深和副瓣等參數(shù)的控制，是基于解析表達(dá)的初值對(duì)陣列單元幅相權(quán)重的優(yōu)化計(jì)算。

本發(fā)明是根據(jù)點(diǎn)源的非線性相位路徑補(bǔ)償在陣列口徑的近場(chǎng)聚焦處實(shí)現(xiàn)同相相干疊加、進(jìn)而綜合出可與遠(yuǎn)場(chǎng)相比擬的波瓣圖，陣列各單元的幅度相位權(quán)重是由近場(chǎng)傳輸算子在獲取理想波瓣圖求Moore-Penrose廣義逆的方法獲得，并以該解析表達(dá)為參考，優(yōu)化波束的指向、零深和副瓣等參數(shù)，在陣列的近場(chǎng)綜合出高性能波束。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、該方法的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)近場(chǎng)相控陣波束的掃描和控制。

2、該方法的適用陣列不局限于規(guī)則的平面、柱面或球面的部分或全部，可具一般性的。

3、對(duì)近場(chǎng)相控陣波束聚焦的單元幅相優(yōu)化的算法不限定。

4、該方法的應(yīng)用領(lǐng)域不限于雷達(dá)波或聲波。

5、該方法的應(yīng)用陣列不限于數(shù)字相控陣或物理，有源或無源的相控陣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的近場(chǎng)波束聚焦示意圖。

圖2是本發(fā)明的波束參數(shù)控制的優(yōu)化計(jì)算流程框圖。

圖3是本發(fā)明的近場(chǎng)方向圖對(duì)比圖。

圖中，A₁(r′₁)、A₂(r′₂)、A_n(r′_n)、A_N(r′_N)分別表示位于r′₁、r′₂、r′_n、r′_N處的陣列單元，r′_n為序號(hào)為n的源點(diǎn)位置矢量，O為坐標(biāo)系原點(diǎn)。近場(chǎng)聚焦波束控制器是計(jì)算陣列單元的幅相權(quán)重W₁、W₂、W_n、W_N以在近場(chǎng)綜合出目標(biāo)波束P(r_m；θ_3dB，θ_null，l_side)，r_m為序號(hào)為m的場(chǎng)點(diǎn)位置矢量，θ_3dB為波束3dB寬度，θ_null為波束零深位置，l_side為波束副瓣電平，表示陣列的波束合成。Li代表線性相移，Mp代表MP逆相移，Nli非線性相移，Cmp幅相優(yōu)化相移。(圖3中標(biāo)示了這些圖例)。

優(yōu)化計(jì)算流程以框圖形式給出，以陣列單元幅相初值為參考，以計(jì)算的近場(chǎng)波束指標(biāo)可適度為目標(biāo)，采用優(yōu)化算法對(duì)陣列單元幅相搜索尋優(yōu)，迭代給出滿足可適度的最優(yōu)解。其中點(diǎn)劃線方框表示優(yōu)化目標(biāo)，包括對(duì)波束寬度、指向、零深和副瓣等指標(biāo)的控制。短線方框表示尋優(yōu)算法，為不限定的任意優(yōu)化方法。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式詳細(xì)介紹本發(fā)明。