[發明專利]使用相控陣天線搜索信號的方法和相控陣天線系統

在審

• 申請號: 202010589358.8
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN112134604A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 加里·A·雷
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: H04B7/06
• 分類號: H04B7/06
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 沈丹陽

本申請涉及使用相控陣天線搜索信號的方法和相控陣天線系統。用于在相控陣天線的視場內快速找到能檢測的信號的系統和方法。通過使用基于樹的信號檢測方法生成從粗到精的角度波束圖案，隨時間修改發射波束圖案，從而通過典型的時延操縱提高信號空間搜索性能。采用基于樹的波束搜索來選擇具有較窄波束寬度的波束，以便以與視軸成一定角度的角度發射，該角度位于先前已檢測到信號的角度空間中。

技術領域

本文公開的技術通常涉及相控陣天線。具體而言，本文公開的技術涉及用于使用相控陣天線搜索信號的方法。

背景技術

現代相控陣天線是一種技術支持，可支持經由衛星、飛機、輪船和陸地車輛進行的移動寬帶通信。具體而言，需要先進的數字波束成形，以通過改進的旁瓣性能和光柵波瓣抑制、更快的陷波速度、更快的掃描速度和更快的波束切換來提供動態、高通量的魯棒通信和與更大的相控陣天線的聯網，以增強網絡性能。因此，波束搜索有許多不同的應用，無論是用于連接移動網絡、尋找新雷達、在切換衛星或蜂窩塔時提供可靠的切換等。如本文所用，術語“波束搜索”是指使用波束搜索信號(不搜索波束)。

波束搜索的核心是波束成形的過程。波束成形是一種在天線陣列中用于定向信號發射或接收的信號處理技術。這是通過組合天線陣列中的信號元素以使特定角度的信號遭受相長干擾而其他角度遭受相消干擾的方式實現的。這些通常稱為相控陣天線。與全向接收和/或發射相比的改進被稱為陣列的方向性，并且是天線性能的重要度量。波束成形可用于射頻(RF)或聲波，并在雷達、聲納、地震、無線通信、射電天文學、聲學和生物醫學中有許多應用。傳統的時延波束操縱采用指向方向(在本文中交替稱為“視軸角度”或“指向角度”)并在天線陣列上產生設置，從而使朝向指向方向的信號發射或接收最大化，并且窄波束形成。用于實現波束成形的機制是分別調整每個元素的相位(或時間延遲)和幅度(或權重)，以強制相長或相消信號求和以生成所需的波束。

現有的使用相控陣進行波束搜索的解決方案在其搜索信號的方法中都模仿了機械碟形天線。因此，這些解決方案在陣列的視場F上掃過單個窄波束。這意味著掃掠時間會隨著陣列的大小(元素總數)線性增加，因為波束最終必須指向視場中的每個角度區域。要看到這一點，請注意具有N個元素的線性陣列的第一個零波束寬度，其波長為λ，d＝λ/2元素間距，以弧度為單位約為4/N。類似的近似結果表明，對于大小為N₁×N₂的平面陣列，角度區域約是線性陣列波束寬度的乘積，例如以弧度為單位的16/(N₁N₂)。因此，對于線性陣列，完全搜索F的時間約為span(F)*N/4，對于平面陣列，約為area(F)*N₁N₂/16。在此，span()表示以弧度為單位的角度范圍，area()表示以弧度為單位的二維立體角度范圍。

解決如何在相控陣天線的視場內快速找到所有能檢測的信號的問題的解決方案將是有益的。

發明內容

以下詳細公開的主題涉及用于在相控陣天線的視場內快速找到能檢測的信號的系統和方法。通過使用基于樹的信號檢測方法生成從粗到精的角度波束圖案，可隨時間修改發射波束圖案，從而通過典型的時延操縱提高信號空間搜索性能。采用基于樹的波束搜索來選擇具有較窄波束寬度的波束，以便以與視軸成一定角度的角度發射，該角度位于先前已檢測到信號的角度空間中。

根據一個實施方式，設計了具有多個級別的互補波束集。組成每個級別的子集中的波束數量隨著級別的增加而增加。然后將互補波束的級別加載到波束操縱控制器中，該控制器控制相控陣天線產生的波束。當檢測到的信號的參數值超過閾值時發生信號檢測。例如，檢測到的參數可以是信號中能量的總和。許多其他檢測方案也是可能的。隨著級別增加，每個波束濾波器的增益增加，波束寬度減小。因此，信號將通過更多的空間濾波器，從而縮小可能的信號方向，同時增加接收信號的功率。這具有在(2)較窄的角度區域中(1)找到更多信號的雙重效應。