基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對(duì)陣列天線輸出信號(hào)進(jìn)行復(fù)加權(quán)運(yùn)算，形成所需的波束信號(hào)的數(shù)字波束形成系統(tǒng)，尤其是基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成DBF系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]波束形成技術(shù)是陣列信號(hào)處理的一個(gè)重要分支，波束形成(BeamForming)這個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)源于早期的相控陣?yán)走_(dá)，被設(shè)計(jì)用于形成方向性波束，以便在接收某一特定方向發(fā)出的信號(hào)的同時(shí)，衰減其它方向到來(lái)的信號(hào)。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，在衛(wèi)星測(cè)控、通信等領(lǐng)域，數(shù)字波束形成技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，目前多采用固定陣元或者子陣切換的方式形成波束，在波束掃描時(shí)存在波束主瓣展寬，副瓣升高等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)當(dāng)前波束形成技術(shù)存在的波束掃描時(shí)主瓣展寬、副瓣升高等問(wèn)題，提供一種在掃描范圍內(nèi)波束不變形、增益穩(wěn)定，利用滑動(dòng)活動(dòng)陣列形成波束，解決波束掃描時(shí)的主瓣展寬、副瓣升高問(wèn)題的陣列滑窗保形數(shù)字波束形成DBF系統(tǒng)。
[0004]本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是:一種基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，包括接收陣列天線信號(hào)的信號(hào)緩沖池、活動(dòng)陣列重構(gòu)模塊、加權(quán)矢量計(jì)算模塊和波束形成模塊，其特征在于，活動(dòng)陣列重構(gòu)模塊根據(jù)天線波束指向形成活動(dòng)陣列，活動(dòng)陣列信號(hào)通過(guò)波束形成模塊輸入到加權(quán)矢量計(jì)算模塊，加權(quán)矢量計(jì)算模塊根據(jù)輸入的波束指向計(jì)算得到活動(dòng)陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對(duì)活動(dòng)陣列信號(hào)進(jìn)行加權(quán)形成波束，波束形成時(shí)，活動(dòng)陣列的中心陣面的切向垂直于目標(biāo)方向，波束指向隨著目標(biāo)移動(dòng)始終保持指向目標(biāo)，活動(dòng)陣列的陣元也隨之發(fā)射改變，構(gòu)成活動(dòng)陣列的天線陣元陣面隨著目標(biāo)的移動(dòng)而在天線的陣面上滑動(dòng)，在滑動(dòng)過(guò)程中，保持活動(dòng)陣列中心陣元的法線與波束指向一致。
[0005]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:
本發(fā)明采用陣列天線信號(hào)全部輸出到信號(hào)緩沖池，通過(guò)活動(dòng)陣列重構(gòu)模塊根據(jù)波束指向形成活動(dòng)陣列，然后將活動(dòng)陣列的信號(hào)傳輸?shù)讲ㄊ纬赡K，加權(quán)矢量計(jì)算模塊根據(jù)輸入的波束指向計(jì)算得到活動(dòng)陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對(duì)活動(dòng)陣列信號(hào)進(jìn)行加權(quán)形成波束陣列滑窗技術(shù)，在波束形成時(shí)，隨著波束指向的變化，動(dòng)態(tài)改變參與波束形成的陣元，陣列中心始終指向目標(biāo)方向，避免了固定陣列波束掃描時(shí)的波束主瓣展寬，使得波束掃描時(shí)增益保持一致，副瓣不升高。
[0006]本發(fā)明利用陣列滑窗的活動(dòng)陣列重構(gòu)，在波束掃描時(shí)，由于活動(dòng)陣列隨著波束指向動(dòng)態(tài)改變，主瓣不會(huì)展寬，副瓣不升高，使得增益穩(wěn)定，可以滿足天線陣系統(tǒng)在波束掃描時(shí)對(duì)波束保形的需求。
[0007]本發(fā)明采用的波束形成技術(shù)可以應(yīng)用在球面陣、柱面共形陣等天線系統(tǒng)中。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本發(fā)明基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)的實(shí)施例原理框圖。
[0009]圖2表示本發(fā)明用于球面陣天線的外觀形狀示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]為了進(jìn)一步說(shuō)明而不是限制本發(fā)明的上述實(shí)現(xiàn)方式，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施范圍之中。所有這些構(gòu)思應(yīng)視為本技術(shù)所公開(kāi)的內(nèi)容和本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0011]在圖1描述的一個(gè)最佳實(shí)施例中，基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，包括接收陣列天線信號(hào)的信號(hào)緩沖池、活動(dòng)陣列重構(gòu)模塊、加權(quán)矢量計(jì)算模塊和波束形成模塊。該基于陣列滑窗的保形DBF系統(tǒng)由信號(hào)緩沖池、活動(dòng)陣列重構(gòu)模塊、加權(quán)矢量計(jì)算模塊和波束形成模塊構(gòu)成的環(huán)路組成，其中，活動(dòng)陣列重構(gòu)模塊根據(jù)天線波束指向形成活動(dòng)陣列，活動(dòng)陣列信號(hào)通過(guò)波束形成模塊輸入到加權(quán)矢量計(jì)算模塊，加權(quán)矢量計(jì)算模塊根據(jù)輸入的波束指向計(jì)算得到活動(dòng)陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對(duì)活動(dòng)陣列信號(hào)進(jìn)行加權(quán)形成波束，波束形成時(shí)，活動(dòng)陣列的中心陣面的切向垂直于目標(biāo)方向。波束指向隨著目標(biāo)移動(dòng)始終保持指向目標(biāo)，構(gòu)成活動(dòng)陣列的陣元也隨之發(fā)射改變，從幾何的角度看，構(gòu)成活動(dòng)陣列的天線陣元陣面隨著目標(biāo)的移動(dòng)而在天線的陣面上滑動(dòng)，活動(dòng)陣列的陣面隨著目標(biāo)的移動(dòng)而在共形天線的陣面上滑動(dòng)，在滑動(dòng)過(guò)程中，保持活動(dòng)陣列中心陣元的法線與波束指向一致。
[0012]上述陣列天線可以是共形陣列天線或陣面為半球形的球面陣列天線。共形陣列天線的輸出信號(hào)全部輸入到信號(hào)緩沖池，波束形成模塊根據(jù)波束指向的需要，選取其中一部分陣元構(gòu)成陣列進(jìn)行波束形成，參與波束形成的陣元構(gòu)成的陣列成為活動(dòng)陣列。共形陣列天線的活動(dòng)陣列的陣元數(shù)量是相對(duì)固定的，不隨著波束指向的變化而變化。共形陣列天線的陣元數(shù)量大于活動(dòng)陣列的陣元數(shù)量，波束掃描時(shí)，活動(dòng)陣列的陣元數(shù)量不變，波束主瓣不展寬，副瓣不升高。共形天線的輸出信號(hào)全部輸入到信號(hào)緩沖池，活動(dòng)陣列重構(gòu)模塊根據(jù)波束指向形成活動(dòng)陣列，只將活動(dòng)陣列的信號(hào)輸出到波束形成模塊進(jìn)行處理。
[0013]共形陣列天線陣面隨著目標(biāo)的移動(dòng)，活動(dòng)陣列的陣元也會(huì)相應(yīng)變化，波束移動(dòng)方向的陣元逐漸進(jìn)入活動(dòng)陣列，反向的陣元逐漸移出活動(dòng)陣列，相當(dāng)于活動(dòng)陣列在滑動(dòng)。
[0014]以共形陣列天線為例，共形陣列上面排列有1000個(gè)陣元，活動(dòng)陣列的陣元數(shù)目設(shè)定為300。信號(hào)緩沖池接收共形陣列天線輸出的1000路信號(hào)，活動(dòng)陣列重構(gòu)模塊根據(jù)波束指向形成活動(dòng)陣列，然后將活動(dòng)陣列的300路信號(hào)傳輸?shù)讲ㄊ纬赡K，加權(quán)矢量計(jì)算模塊根據(jù)輸入的波束指向計(jì)算得到活動(dòng)陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對(duì)活動(dòng)陣列的300路信號(hào)進(jìn)行加權(quán)形成波束。
[0015]參閱圖2?；顒?dòng)陣列的確定方法:根據(jù)系統(tǒng)增益要求確定活動(dòng)陣列的陣元數(shù)目，以法線與目標(biāo)方向一致的陣元為中心確定一個(gè)圓形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的陣元數(shù)目等于活動(dòng)陣列要求的陣元數(shù)目。以球形陣列天線為例說(shuō)明活動(dòng)陣列的重構(gòu)方法，如圖2所示球形陣列天線，圖中上半部分為球形陣列天線，下面的柱體為如圖2所示安裝平臺(tái)。從球心向外看，球形陣列天線在球面上以目標(biāo)方向?yàn)橹行模?0度錐角區(qū)域內(nèi)的單元作為活動(dòng)陣列的陣元，數(shù)目為300。隨著目標(biāo)的移動(dòng)，錐角30度內(nèi)的球面上的陣元也會(huì)相應(yīng)變化，波束移動(dòng)方向的陣元逐漸進(jìn)入活動(dòng)陣列，反向的陣元逐漸移出活動(dòng)陣列，相當(dāng)于活動(dòng)陣列在滑動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，包括接收陣列天線信號(hào)的信號(hào)緩沖池、活動(dòng)陣列重構(gòu)模塊、加權(quán)矢量計(jì)算模塊和波束形成模塊，其特征在于，活動(dòng)陣列重構(gòu)模塊根據(jù)天線波束指向形成活動(dòng)陣列，活動(dòng)陣列信號(hào)通過(guò)波束形成模塊輸入到加權(quán)矢量計(jì)算模塊，加權(quán)矢量計(jì)算模塊根據(jù)輸入的波束指向計(jì)算得到活動(dòng)陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對(duì)活動(dòng)陣列信號(hào)進(jìn)行加權(quán)形成波束，波束形成時(shí)，活動(dòng)陣列的中心陣面的切向垂直于目標(biāo)方向，波束指向隨著目標(biāo)移動(dòng)始終保持指向目標(biāo)，活動(dòng)陣列的陣元也隨之發(fā)射改變，構(gòu)成活動(dòng)陣列的天線陣元陣面隨著目標(biāo)的移動(dòng)而在天線的陣面上滑動(dòng)，在滑動(dòng)過(guò)程中，保持活動(dòng)陣列中心陣元的法線與波束指向一致。2.按權(quán)利要求1所述的基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，其特征在于:共形陣列天線的陣元數(shù)量大于活動(dòng)陣列的陣元數(shù)量，波束掃描時(shí)，活動(dòng)陣列的陣元數(shù)量不變，波束主瓣不展寬，副瓣不升高。3.按權(quán)利要求1或2所述的基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，其特征在于:共形天線的輸出信號(hào)全部輸入到信號(hào)緩沖池，活動(dòng)陣列重構(gòu)模塊根據(jù)波束指向形成活動(dòng)陣列，只將活動(dòng)陣列的信號(hào)輸出到波束形成模塊進(jìn)行處理。4.按權(quán)利要求1或2所述的基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，其特征在于:共形陣列天線的輸出信號(hào)全部輸入到信號(hào)緩沖池，波束形成模塊根據(jù)波束指向的需要，選取其中一部分陣元構(gòu)成陣列進(jìn)行波束形成。5.按權(quán)利要求1或2所述的基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，其特征在于:根據(jù)數(shù)字波束形成系統(tǒng)增益要求確定活動(dòng)陣列的陣元數(shù)目，以法線與目標(biāo)方向一致的陣元為中心確定一個(gè)圓形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)的陣元數(shù)目等于活動(dòng)陣列要求的陣元數(shù)目。6.按權(quán)利要求1或2所述的基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，其特征在于:共形陣列天線陣面隨著目標(biāo)的移動(dòng)，活動(dòng)陣列的陣元也會(huì)相應(yīng)變化，波束移動(dòng)方向的陣元逐漸進(jìn)入活動(dòng)陣列，反向的陣元逐漸移出活動(dòng)陣列，相當(dāng)于活動(dòng)陣列在滑動(dòng)。
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種基于陣列滑窗的保形數(shù)字波束形成系統(tǒng)，提供一種在掃描范圍內(nèi)波束不變形、增益穩(wěn)定的DBF系統(tǒng)，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：活動(dòng)陣列重構(gòu)模塊根據(jù)天線波束指向形成活動(dòng)陣列，加權(quán)矢量計(jì)算模塊根據(jù)輸入的波束指向計(jì)算得到活動(dòng)陣列的加權(quán)矢量并輸出到波束形成模塊，波束形成模塊對(duì)活動(dòng)陣列信號(hào)進(jìn)行加權(quán)形成波束，波束形成時(shí)，活動(dòng)陣列的中心陣面的切向垂直于目標(biāo)方向，波束指向隨著目標(biāo)移動(dòng)始終保持指向目標(biāo)，活動(dòng)陣列的陣元也隨之發(fā)生改變，活動(dòng)陣列隨著目標(biāo)的移動(dòng)而在天線的陣面上滑動(dòng)，在滑動(dòng)過(guò)程中，保持活動(dòng)陣列中心陣元的法線與波束指向一致。
【IPC分類】G01S7/28
【公開(kāi)號(hào)】CN105353356
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510786390
【發(fā)明人】俄廣西, 劉嘉興, 唐軍
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十研究所
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月16日