[發明專利]基于測量應變的相控陣天線幅相補償方法

有效

• 申請號: 201811208952.7
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109472059B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 唐博;周金柱;康樂;唐寶富;王梅;鐘劍鋒;許文華
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/398
• 分類號: G06F30/398;H01Q3/34
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理有限公司 11368
• 代理人: 劉秀珍

1.一種基于測量應變的相控陣天線幅相補償方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)通過嵌入相控陣天線的光纖光柵應變傳感器得到天線陣在服役中的實時應變信息ε(t)；

(2)根據建立的測量應變與相控陣天線幅度和相位補償量的耦合關系，計算激勵電流的幅值和相位調整量；

(3)利用波控電路控制T/R組件電路中的移相和衰減器，對所述幅值和所述相位調整量進行調整。

2.根據權利要求1所述的基于測量應變的相控陣天線幅相補償方法，其特征在于，在步驟(2)中，根據建立的測量應變與相控陣天線幅度和相位補償量的耦合關系，計算激勵電流的幅值和相位調整量的計算式如下：

其中，為陣元i相位調整量，ω_i為陣元i的激勵電流幅值。

3.根據權利要求1所述的基于測量應變的相控陣天線幅相補償方法，其特征在于，在步驟(2)中，根據建立的測量應變與相控陣天線幅度和相位補償量的耦合關系，計算激勵電流的幅值和相位調整量，其計算過程包括以下步驟：

(21)構建測量應變到天線變形位移場的轉換矩陣，包括：

利用基于測量應變的形變重構方法，對天線陣面進行有限元建模分析，得到測量應變與感興趣節點的位移轉換矩陣T(d)，其中，T(d)的表達式如下：

其中，Φ_s為重構位置的模態位移矩陣，Ψ_M(d)為模態應變矩陣中對應傳感器位置的模態應變子矩陣，d為對應的傳感器位置；

(22)根據相位法建立測量應變與相位補償量的耦合關系，包括：

對于一個m行n列的面陣相控陣天線，根據相位法可知在天線變形后，相位補償量的計算表達式如下：

其中，k為波數，θ₀和為相控陣天線在球坐標系下的空間波束指向；ε(t)為t時刻的測量應變，T_o(d)是根據步驟(21)得到天線單元中心節點的應變位移轉換矩陣；

根據得到陣元i的相位補償量為：

(23)根據口徑投影法建立測量應變與激勵幅值的耦合關系，包括：

用口徑投影法，計算陣元i的陣列激勵幅值，其中，陣列激勵幅值的表示式如下：

其中，I_i為陣元i投影口徑平面泰勒綜合的激勵電流幅值，S_i為陣元i投影口徑平面陣元投影面積，F_i為陣元i主波束方向有源單元方向圖的幅值。

4.根據權利要求3所述的基于測量應變的相控陣天線幅相補償方法，其特征在于，在步驟(23)中，計算I_i，S_i，F_i的過程如下：

(231)建立測量應變與I_i的耦合關系，具體步驟如下：

(2311)取出陣列的第j行，1≤j≤m，該行的z向位移記為：

z＝[T_o(d)ε(t)]^j＝[z₁?z₂?…?z_n-1?z_n]

其中，T₀(d)是根據步驟(21)得到的天線單元中心節點的應變位移轉換矩陣；

(2312)陣列變形后，在投影口徑平面上，用下式計算該行陣列陣元之間的間隔：

(2313)根據投影口徑平面上陣列陣元之間的間隔D,用下式計算出口徑平面上陣列陣元的投影位置：

(2314)將步驟(2313)計算的投影位置應用到泰勒綜合計算式中，得到該行陣列的泰勒激勵幅值為：

其中，泰勒綜合的計算式如下：

式中，-l/2≤x≤l/2，l為線源的口徑尺寸，其中，R為主瓣與副瓣的電平之比可以根據要求進行設定，系數的表達式為：

(2315)針對天線陣在口徑投影面上的每一行和每一列，重復步驟(2311)～(2314)，分別得到該天線陣在口徑投影面上的行和列泰勒激勵幅值系數矩陣I_M和I_N，其均為m×n矩陣，m為陣列單元行數，n為陣列單元列數，將對應元素相乘得到投影面上的泰勒激勵幅值系數矩陣：

其中，為矩陣對應元素相乘的符號；

(2316)根據得到陣元i在投影口徑平面泰勒綜合的激勵電流幅值I_i為：

(232)建立測量應變與S_i的關系，具體步驟如下：

(2321)根據三點確定一個平面，將陣元i的三個角點的記為a、b、c，和分別為陣元i相鄰的邊，根據步驟(21)，得到陣元角點的應變位移轉換矩陣T_a(d)，T_c(d)，T_c(d)，計算出天線陣的各陣元角點位移為：

(2322)陣元i三個角點的位移分別為以單元角點a為原點，以邊ac的投影線段為x軸建立陣元的局部坐標系o-x'y'z'，通過下式計算陣元i繞y'軸的旋轉角

其中，w為天線單元的設計寬度；

(2323)角點b的位置經過了兩次旋轉變換，其先繞x'旋轉角，再繞y'軸旋轉通過下式計算旋轉角

其中，l為天線單元的設計長度；

(2324)當天線陣的掃描角為時，用下式計算陣元i在投影方向上的投影面積：

(233)建立測量應變與F_i的耦合關系，具體步驟如下：

(2331)陣列天線的有源單元方向圖可通過下式計算：

式中，為天線單元孤立方向圖，S_ji是散射系數，矢量r_j和r_i分別為陣元j(1≤j≤m×n,j≠i)和陣元i的設計陣元位置，為場點位置；

(2332)利用天線單元中心節點的應變位移轉換矩陣T_o(d)，令δ_i＝[0,0,[T_o(d)ε(t)]_i]，δ_j＝[0,0,[T_o(d)ε(t)]_j]分別為陣元i和陣元j的中心點z向位移矢量，δ_ij為陣元i與陣元j的相對位移量，則：

δ_ij＝δ_j-δ_i；

(2333)考慮天線陣各陣元的z向位移，陣元i有源單元方向圖用下式近似計算：

則陣元i在主波束方向有源單元方向圖的取值F_i為：