[發(fā)明專利]雷達(dá)波束成形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910082111.4
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN110095771B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 哈肯·伯格
• 申請（專利權(quán)）人: 西弗爾斯無線有限公司
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S7/28
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 蔡利芳

一種用于有源可電子轉(zhuǎn)向接收天線的波束成形方法，接收天線包括包含若干接收天線元件的天線陣列。方法包括：?在接收天線元件接收反射雷達(dá)信號，并且從接收天線元件獲得接收信號；?對接收信號進(jìn)行接收處理，接收處理包括下變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換，由此生成若干數(shù)字信號；以及針對預(yù)定入射角來對準(zhǔn)接收信號或數(shù)字信號；以及?確定經(jīng)波束成形信號，包括對包括總和波束成形信號和乘積波束成形信號的若干信號進(jìn)行相乘，總和波束成形信號是通過對數(shù)字信號中的至少兩個進(jìn)行求和來確定的，乘積波束成形信號是通過對數(shù)字信號中的至少兩個進(jìn)行相乘來確定的，其中，乘積波束成形信號是當(dāng)與總和波束成形信號相乘時抑制總和波束成形信號的柵瓣的柵瓣抑制信號。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雷達(dá)波束成形方法。

背景技術(shù)

在使用雷達(dá)——諸如例如FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)雷達(dá)等連續(xù)波雷達(dá)、或例如MTI(移動目標(biāo)指示器)雷達(dá)等脈沖雷達(dá)——的許多應(yīng)用中，必須能夠形成發(fā)射雷達(dá)信號以及接收雷達(dá)信號的波束，以便檢索所希望的信息。現(xiàn)代技術(shù)已經(jīng)提供了雷達(dá)天線，其可以在不同方向上生成波束而無需物理地移動天線。即，這些天線是可電子轉(zhuǎn)向的。本發(fā)明涉及對接收雷達(dá)信號(即，對發(fā)射雷達(dá)信號的反射)的信號處理。實現(xiàn)有源可電子轉(zhuǎn)向天線(ActiveElectronically Steerable Antenna，AESA)(也被稱為有源電子掃描陣列)的傳統(tǒng)方式是具有間隔開接收頻率的波長的大約一半的接收天線元件的陣列。然后，每個接收天線元件具有用于在將來自各個接收天線元件的信號加在一起之前對信號進(jìn)行延遲的電路。這主要是采用如下所述的三種方式來進(jìn)行的。如本領(lǐng)域所公知的，如果接收天線元件的間距小于波長的一半，則這將提供使天線轉(zhuǎn)向而不會帶來柵瓣(即，在除了所期望方向之外的其他方向上形成明顯的波束)的可能性。

波束成形的一種方式被稱為模擬波束成形，其中，每個接收天線元件是對應(yīng)信道的一部分，該信道另外包含接在接收天線元件之后的可控延遲或移相器，如圖1a所示。對于窄帶信號(即，BWc₀/D，其中，BW是信號的帶寬，c₀是光速，并且D是天線的寬度)，移相器工作良好，否則必須實施可控延遲，這對于大型天線而言變大且有損。在相移/延遲之后，將信道信號加在一起，從而產(chǎn)生如圖2所示的波束。這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是它相當(dāng)便宜，因為無論如何都需要微波接收器并且一個數(shù)字接收器就足夠了。缺點(diǎn)是僅能同時合成一個波束。

數(shù)字波束成形是另一種替代方案。如果每個通道結(jié)合有A/D轉(zhuǎn)換器(參見圖2a)，則可以在采樣之后進(jìn)行延遲以及從而進(jìn)行波束成形。這允許同時查看若干方向，因為存儲了每個通道信號的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的延遲和求和、以及因此波束成形是嚴(yán)格在數(shù)學(xué)上進(jìn)行的。使用這種解決方案的優(yōu)點(diǎn)是可以同時形成若干波束，參見圖2b。然而，這僅對以被發(fā)射波束覆蓋的角度來形成接收波束才有用。缺點(diǎn)是A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)量很大并且需要對它們進(jìn)行同步。還存在大量的數(shù)據(jù)需要處理，盡管這本身在高級信號處理ASIC中沒有什么問題。

由于雷達(dá)的發(fā)射波束通常不是很寬，因此通常足以能夠在此波束內(nèi)同時形成波束。在被稱為混合波束成形的又另一種替代性解決方案中，這是通過以下方式來進(jìn)行的：使移相器處于微波頻率并成組地對信道信號進(jìn)行求和，所得信號然后被采樣，如圖3a所示。此數(shù)據(jù)可以用于在由每組形成的較寬波束內(nèi)形成較窄的波束，如圖3b所示。

然而，現(xiàn)有AESA的共同缺點(diǎn)在于微波接收器的數(shù)量由天線大小限定，這意味著對于窄波束天線而言，天線很大并且微波接收器的數(shù)量很大。微波接收器和數(shù)字信道的數(shù)量在很大程度上增大了傳統(tǒng)AESA中昂貴的冷卻系統(tǒng)的成本、功耗和尺寸。

發(fā)明內(nèi)容

提供一種減少上述共同缺點(diǎn)的解決方案將是有利的。

為了解決這一問題，在本發(fā)明的第一方面，提出了一種用于有源可電子轉(zhuǎn)向接收天線的波束成形方法，該接收天線包括包含若干接收天線元件的天線陣列，該方法包括：

-在這些接收天線元件處接收反射雷達(dá)信號，并且從這些接收天線元件處獲得接收信號；