[發明專利]使用波束增益編碼的相控陣列波束追蹤

有效

• 申請號: 201711246895.7
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108234008B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: G·A·雷
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06;H04B7/08
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升;王爽

本發明涉及使用波束增益編碼的相控陣列波束追蹤。用于相控陣列信號波束追蹤的系統包括相控陣列發射器，其可被配置成以來自多個不同發射波束角的選定發射波束角發射信號波束。該系統還包括被配置成調制信號波束的增益以產生信號波束的所得的增益輪廓的波束增益角編碼組件。所得的增益輪廓包括指示在接收天線處的信號波束的偏移入射角的偏移角編碼。

技術領域

本公開涉及通信、追蹤信號波束，并且更具體地涉及使用波束增益編碼的相控陣列波束追蹤。

背景技術

相控陣列天線用于發射和接收射頻(RF)通信信號。相控陣列天線可發射到基于常規天線的接收器，反之亦然。當相控陣列天線用于通信鏈路的兩端時，發射器和接收器均創建具有在適當方向上(相互指向)的增益的波束，并且然后在發射器和/或接收器移動或改變方向時修改該方向(使波束偏轉)。這種使方向改變或移動可為發射器和/或接收器平臺運動或振動、大氣效應、多路徑效應或其它移動的結果。相似的情況存在于當相控陣列天線只用于發射時，不同之處在于，接收器天線的偏轉實際上可以機械方式完成，或者如果天線是固定天線，則天線可根本不偏轉。在該后者的情況下，所有波束偏轉將由與發射器相關聯的相控陣列天線完成。典型示例可為具有相控陣列天線的飛行器，該相控陣列天線向衛星發射或從衛星接收傳輸數據并且必須通過飛行器的所有機動追蹤衛星。也可為在它們都在它們各自路徑上飛行時相互通信的兩架直升機，其中每個具有其自身的相控陣列天線。

用于接收器來追蹤進入接收器的所發射信號以改進通信性能的標準方法使用信號功率，并且試圖通過使相控陣列接收波束偏轉或通過使天線機械地偏轉來不斷地最大化信號功率。當前基于功率的接收器追蹤方法的缺點是，在一次只有一個信號功率測量值可用的情況下，任何損失或增益都可指示必須校正波束的方向。然而，沒有波束應該偏轉到哪個方向的指示。因此，典型波束偏轉算法必須在其它方向上偏轉，以便在這些方向上對信號功率采樣，從而更新偏轉矢量并且因而更新波束方向。通常，這些算法本質上將以比正確指向的波束可用的平均信號功率低的平均信號功率來追蹤信號。例如，通過在3dB電平下追蹤實際最大功率方向附近的兩個、三個或四個點，追蹤可發生在3分貝(dB)電平(一半功率)。這進而又產生“指向損失”和“增益波動”。這些波動控制著由不是通過波束指向不準確引起的傳播效應、閃爍效應和多路效應引起的正常信號功率波動。增益損失和波動直接影響信號質量，因而必須在任何系統中加以考慮。因此，需要不經受這些缺點的波束追蹤或偏轉。

發明內容

根據示例，用于相控陣列信號波束追蹤的系統包括相控陣列發射器，該相控陣列發射器可配置成以來自多個不同發射波束角的選定發射波束角發射信號波束。系統還包括波束增益角編碼組件，該波束增益角編碼組件被配置為調制信號波束的增益以產生信號波束的所得的增益輪廓或波形。所得的增益輪廓包括指示在接收天線處的信號波束的偏移入射角的偏移角編碼。

根據另一個示例，用于相控陣列信號波束追蹤的系統包括在第一交通工具上的相控陣列發射器。相控陣列發射器可被配置成以來自多個不同發射波束角的選定發射波束角發射信號波束。系統還包括波束增益角編碼組件，該波束增益角編碼組件被配置成調制信號波束的增益以產生信號波束的所得的增益輪廓或波形。所得的增益輪廓包括指示在接收天線處的信號波束的偏移入射角的偏移角編碼。系統還包括在第二交通工具上的第一接收器。第一接收器以實際入射角接收信號波束。系統還包括相關器，該相關器用于將接收的信號波束的所得的增益輪廓或波形與多個角編碼的波形互相關，以確定接收的信號波束的偏移入射角。每個角編碼的波形對應于入射信號波束的多個不同偏移入射角中的相應一個。接收的信號波束的偏移入射角對應于與接收的信號波束的波形具有最高相關性的多個角編碼的波形中的角編碼的波形。