[發明專利]艦載平面相控陣天線安裝傾角的確定方法

在審

• 申請號: 202010763936.5
• 申請日: 2020-08-01
• 公開（公告）號: CN111965437A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 梁宇宏;溫劍;鄧宓原;張云;侯祿平
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: G01R29/10
• 分類號: G01R29/10;G01R29/08
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

本發明公開的一種艦載平面相控陣天線安裝傾角的確定方法，旨在提供一種能夠提高相控陣天線電氣性能的安裝傾角確定方法。本發明通過下述技術方案實現：選取其中一面相控陣天線，計算天線陣面相對艦船甲板坐標系的安裝傾角變換矩陣；根據平面相控陣天線數目和方位面覆蓋范圍，計算相對艦船甲板坐標系的相控陣天線旋轉布陣變換矩陣：通過航向角、縱搖角、橫搖角分別計算艦船航向角變換矩陣、縱搖角變換矩陣和橫搖角變換矩陣；計算變換矩陣；將艦船地理坐標下的目標坐標轉換至天線陣面坐標系的坐標，計算目標在天線陣面坐標系下的俯仰角和方位角，得到平面相控陣天線的掃描角；獲取平面相控陣天線最小的最大掃描角，從而得到天線陣面的安裝傾角。

技術領域

本發明屬于相控陣天線技術領域，特別涉及艦船處于運動姿態條件下的艦載平面相控陣天線安裝傾角的確定方法。

背景技術

平面相控陣天線是天線單元分布在平面上，天線波束在方位與仰角兩個方向上均可以進行相控掃描的陣列天線。相控陣天線主要依靠相位變化實現天線波束指向在空間的移動或掃描，在每個天線單元后端都設置有移相器，用來改變單元之間信號的相位關系，信號的幅度變化則通過功率分配/相加網絡或者衰減器來實現。對于艦載平臺，由于射頻集成的需要，相控陣天線陣面通常與艦船桅面共形安裝、一體化設計。為了實現方位360°范圍內的掃描覆蓋，通常需要3個以上的天線陣面。同時，為了使相控陣天線具備更好的空域覆蓋特性，每個天線陣面均有一定的安裝傾角。一般的，相控陣天線的電氣性能隨著掃描角度的增大而惡化，天線主波束偏離陣面法向的掃描角越大，則增益下降越大。因此，在滿足覆蓋空域的前提下，盡可能減小相控陣天線的最大掃描角度就變得尤為重要。為減少掃描增益下降,使最大掃描角最小是陣面安裝傾角設計方法之一。當相控陣天線的安裝平臺處于運動姿態條件下，如艦船在航行過程中遇到航向改變、縱搖和橫搖，對于相控陣天線確定的覆蓋空域，不同的安裝傾角就會導致最大掃描角的變化。

目前，多篇文獻的報道都集中在相控陣天線位于靜止平臺條件下的安裝傾角的研究。如George.H等人在1965年發表的文獻“Choosing the Number of Faces of a Phased-Array Antenna for Hemisphere Scan Coverage”(IEEE Transactions on antennas andpropagation,vol.ap-13,pp.878-882)中報道了半球空域覆蓋條件下的最佳陣面安裝傾角的計算方法。此時，各天線陣面最大掃描角相等，同時數值也最小。但該文獻僅對半球空域覆蓋條件下的靜止平臺進行了分析。文獻“平面相控陣天線最佳陣面傾角和最大單元間距的確定”(邵江達，現代雷達，1997，19(1)：49-53)中報道了相控陣天線對任意覆蓋空域的最佳安裝傾角的設計方法，但該文獻也僅對相控陣天線處于靜止平臺條件下進行了分析。

當相控陣天線的安裝平臺處于運動姿態條件下，如艦船在航行過程中遇到航向改變和縱橫搖擺，此時，就需要通過調整掃描角度對相控陣天線的波束指向進行修正。電子穩定平臺通過計算相控陣天線波束指向角來補償由于艦船姿態變化產生的波束指向偏差。現已有專利和多篇文章討論了電子穩定平臺的補償方法。如文獻(曹正才.艦載雷達常用穩定方式坐標變換[J].雷達與對抗，2010，30(1)：47-52.)和(閆秋飛，王聰.艦載雷達偵察系統坐標系統轉換方法.艦船電子對抗，2017，40(5)：34-39)推導出了艦船電子穩定補償公式及天線波束的方位角與俯仰角。2014年的中國發明專利(申請號：201410704439.2)公開了一種艦船縱橫搖綜合矢量坐標變換天線波束指向修正方法。現有文獻和專利均未能對運動姿態條件下的相控陣天線陣面的安裝傾角進行分析。

發明內容

本發明目的是針對現有技術存在的不足之處，針對基于運動姿態條件下的艦載平面相控陣天線，提供一種使平面相控陣天線有最小的最大掃描角，進而提高相控陣天線電氣性能的艦載平面相控陣天線安裝傾角的確定方法。

本發明的上述目的可以通過以下措施來達到。一種艦載平面相控陣天線安裝傾角的確定方法，其特征在于包括如下步驟：