[發(fā)明專利]一種零陷跟蹤干擾源的任意形狀波束快速賦形方法

有效

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• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN107026686B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設計）人: 馬曉峰;陸樂;盛衛(wèi)星;季凱波;韓玉兵;張仁李;周曉靜
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/08
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱寶慶

本發(fā)明提供一種零陷跟蹤干擾源的任意形狀波束快速賦形方法，該方法設計一組循環(huán)過程，采用FFT和IFFT實現(xiàn)天線陣元激勵和波束方向圖之間高效轉(zhuǎn)換，采用方向圖和電流激勵系數(shù)動態(tài)交替修正實現(xiàn)了陣列效率可控的零陷跟蹤干擾的低旁瓣任意形狀波束賦形。本發(fā)明涉及的方法具有高效快速、零陷跟蹤干擾速度快和精度高、方向圖性能好且穩(wěn)定性強，天線效率可控，旁瓣電平低的特點。

技術領域

本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星通信技術，特別是一種零陷跟蹤干擾源的任意形狀波束快速賦形方法。

背景技術

隨著有源相控陣和數(shù)字波束形成技術的應用，低軌道(LEO)衛(wèi)星通信多波束天線不僅可以同時形成多個對地等通量覆蓋的低旁瓣賦形波束，實現(xiàn)大張角覆蓋區(qū)域的等靈敏度通信，還具備通信過程中實時調(diào)整方向圖零陷位置動態(tài)抑制干擾的能力。

對于LEO星載陣列天線抑制角度動態(tài)變化的有源干擾，當存在強干擾情況下，方向圖低旁瓣特性不足以抑制干擾，需要在快速定位干擾源位置的前提下形成該角度區(qū)域的較深零陷，實現(xiàn)強干擾的空域抑制。基于加權最小均方誤差(WLMS)方法，可以在干擾位置生成零陷，但是零陷深度有限，并且較大的零陷比重下主瓣增益和旁瓣電平都會受到比較嚴重的影響。另外，還有以激勵系數(shù)逼近作為優(yōu)化代價函數(shù)的波束賦形方法，通過施加零陷約束在指定位置生成干擾零陷，在此基礎上還可以增加激勵系數(shù)幅度的動態(tài)范圍(DRR)控制。但是這種方法僅關心零陷的生成和DRR條件的滿足，而對主瓣覆蓋區(qū)域的形狀和旁瓣電平都缺乏有效控制，優(yōu)化得到的方向圖難免與期望的方向圖差距較大。

對于LEO星載陣列天線陣元激勵電流和遠場方向圖陣因子之間轉(zhuǎn)換問題，可以通過快速傅里葉變換的方法進行算法加速。當陣元間距大于半波長時，利用IFFT計算得到的單周期的陣列方向圖不能完全覆蓋所有可見空間，這可能導致未覆蓋的可見空間旁瓣電平升高。另外，IFT技術在矩形柵格的平面陣列天線方向圖綜合中的應用較多，而針對三角柵格平面陣列的IFT快速方向圖綜合以及可見空間等均沒有詳細的分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對強有源干擾動態(tài)變化的中低軌道通信衛(wèi)星系統(tǒng)，零陷方向圖賦形算法的運算量大、算法收斂時間不確定的問題，在保證陣列天線效率的基礎上，提出一種零陷跟蹤干擾源的任意形狀波束快速賦形方法，具有運算量小、零陷跟蹤速度快和精度高、方向圖性能好且穩(wěn)定性強，天線效率可控，旁瓣電平低的特點。

一種零陷跟蹤干擾源的任意形狀波束快速賦形方法，包括以下步驟：

步驟1，確定任意形狀波束的賦形要求；

步驟2，設置各陣元的初始電流激勵系數(shù)向量w₀為指向賦形區(qū)中心角度的導向性矢量a(u₀,v₀)；

步驟3，將不規(guī)則邊界的陣列或稀疏結(jié)構(gòu)的陣列轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚍植嫉囊?guī)則柵格陣列，然后通過伸縮變換矩陣A和旋轉(zhuǎn)變換矩陣B轉(zhuǎn)換得到M行N列的新陣列，

步驟4，設置循環(huán)參數(shù)T，其初始值為0；

步驟5，對w_T做J×K點的二維傅里葉逆變換得到變換后陣列的陣因子，根據(jù)伸縮變換矩陣A、旋轉(zhuǎn)變換矩陣B和新陣列陣元間距d，將陣因子轉(zhuǎn)換成實際陣列的陣因子，其中JM，KN；

步驟6，設定可見區(qū)內(nèi)方向圖的賦形區(qū)Ω_M、旁瓣區(qū)Ω_S和過渡區(qū)Ω_T，修正實際陣列的陣因子在賦形區(qū)的增益和旁瓣電平，設置賦形區(qū)增益大小，設置旁瓣區(qū)電平為0；

步驟7，對修正后的陣因子做J×K點的二維傅里葉變換，取其中包含在陣列口徑內(nèi)的M×N點作為新的陣元電流激勵系數(shù)向量w_T+1，將原來沒有陣元的位置對應的電流激勵系數(shù)設為0；