[發明專利]多波束拋物面天線多通道動態分組切換方法

有效

• 申請號: 201410101707.1
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN104049252A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 黃展;胡建平;劉勝利
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十研究所
• 主分類號: G01S13/68
• 分類號: G01S13/68
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

技術領域

本發明涉及一種在臨近空間高速飛行器測控系統中，通過多通道動態分組切換完成多波束拋物面天線形式下高動態目標角度引導的方法。

背景技術

臨近空間高超聲速飛行器具有軌道低（40km～70km）、運動動態大（運動速度最高22馬赫、角速度6°/s）等特點。飛行器再入大氣層時，會在飛行器表面產生等離子鞘套效應，即無線電通信鏈路的“黑障”現象。為克服“黑障”影響，在測控通信設備的系統設計中，一般考慮選用Ka頻段。然而，工作頻率的提高，對于相同口徑的天線，其波束寬度將大大減小。若系統采用口徑為3.8m天線，天線3dB波束寬度就從S頻段的約2°減小到Ka頻段的約0.2°。對于軌道低動態大的目標，在天線3dB波束寬度內的駐留時間將大大減少，增大了地面站天線對目標角度捕獲的難度?？紤]選擇多波束拋物面天線，是解決Ka頻段天線波束覆蓋問題的手段。

多波束拋物面天線是指在天線的焦平面（過焦點與天線軸線垂直的平面）上，以主饋源為相位中心、緊鄰主饋源對稱排列多波束饋源陣列，通過等間距排列實現均勻的波束指向，可覆蓋所需的目標角度檢測捕獲區域。以口徑3.8m天線為例，需要16×16-4=252個（其中，4表示主波束饋源占據4個副波束饋源位置）副波束饋源即可滿足方位角度3°×俯仰角度3°的空域覆蓋。

假若252個副波束饋源對應252路接收通道，會存在以下幾個問題：1.天線中心體內結構布局安裝難度大；2.體現中心體內熱設計難以滿足要求；3.增加后端中頻信號處理復雜度與接收設備硬件資源規模。因此，設計需考慮在滿足系統檢測概率與引導概率條件下，通過副波束饋源通道分組切換處理的方式減少副波束通道場放后設備的資源量。

現有的通道分組切換處理方法，主要采用圖7所示的多波束拋物面天線波束通道靜態分組開關切換。在傳統靜態分組的天線波束通道以及連接關系中，天線波束通道靜態分組陣列矩陣200，設定目標信號已進入天線覆蓋空域范圍，未被引導進入主波束通道201對應的波束覆蓋范圍。設定入射目標信號對應的副波束通道202。圖中給出了m（m=32）個射頻切換開關連接關系中的1個連接射頻切換開關連接列陣示例203。通過該示例可看出，靜態分組的設計特征為相鄰的p個通道（p=8）的接收信號，通過射頻切換開關連接列陣示例203輸出到同一個射頻切換開關204，為203連接的p選一射頻切換開關當前接通副波束通道205，為203外其它射頻切換開關連接列陣連接的p選一射頻切換開關當前接通副波束通道206。開關選通出適合的通道與入射目標信號對應的副波束通道202空間矢量距離最短。從圖中可明顯看出，靜態分組情況下，當目標信號進入到入射目標信號對應的副波束通道202對應的波束覆蓋范圍內，靜態分組中的射頻切換開關接通的大量副波束通道，例如各自相鄰組合中射頻切換開關選通為203外其它射頻切換開關連接列陣連接的p選一射頻切換開關當前接通副波束通道206遠離目標信號所在的入射目標信號對應的副波束通道202，這些通道信號的檢測處理結果對于目標角度準確估計與降低逃逸概率毫無意義。由于臨近空間飛行器角速度大，因此，各個副波束通道內信號積分處理時間須小于3ms，以保證在積分時間內目標在單個波束覆蓋范圍內駐留。此外，考慮到“黑障”條件下，還存在信號信噪比低的問題。因此，在工程應用條件下中，靜態分組切換存在以下缺陷：

1)目標信號始終處于分組邊緣覆蓋對應的通道內，靜態分組切換不能夠支持鄰近通道加權處理的角度精確估計算法。因此，角度估計誤差大，導致系統引導概率相對低。

2)在分組切換的過程中，無法保證目標信號始終在當前切換分組波束覆蓋范圍內。因此，逃逸概率高，系統檢測概率相對低。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種應用于多波束拋物面天線高動態目標角度引導系統中的多通道動態分組切換方法，旨在提供通過多波束天線后端通道動態分組切換來快速完成高動態目標入射信號檢測、入射角度測量、持續引導并減少設備資源的方法。