本發(fā)明涉及發(fā)射相控陣系統(tǒng)發(fā)射波束合成，尤其涉及發(fā)射波束資源池波束合成方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、發(fā)射相控陣系統(tǒng)可以采用平面構(gòu)型，也可以采用多面陣構(gòu)型，多面陣構(gòu)型對(duì)不同空域用不同陣面覆蓋，從而擴(kuò)大相控陣的波束覆蓋范圍。相控陣也可采用與各種載體平臺(tái)共形設(shè)計(jì)構(gòu)型?；诙嗝骊嚇?gòu)型或者與載體平臺(tái)共形設(shè)計(jì)的相控陣系統(tǒng)，根據(jù)波束指向的變化來分配發(fā)射子陣資源。

2、當(dāng)前大型相控陣系統(tǒng)普遍采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，提高了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性。通過將大型陣面劃分為多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的子陣，不僅可以適應(yīng)不同尺寸的陣面需求，還能顯著提升系統(tǒng)的靈活性與通用性。此外，標(biāo)準(zhǔn)化的子陣模塊有利于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，從而降低生產(chǎn)和制造成本。模塊化設(shè)計(jì)也使得維護(hù)和檢修更加便捷，出現(xiàn)故障時(shí)只需要更換相應(yīng)的模塊即可，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

3、對(duì)大型相控陣來說，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的子陣構(gòu)成了子陣資源池。為了充分利用多面或共形相控陣系統(tǒng)靈活性，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的功率效率，關(guān)鍵在于如何調(diào)度分配子陣資源池中的子陣來合成發(fā)射波束。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于如何實(shí)現(xiàn)子陣資源的高效調(diào)度，提高陣面工作效率。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：發(fā)射波束資源池波束合成方法，波束資源池管理模塊周期性地將管理的發(fā)射波束的波束指向及所需要的波束eirp發(fā)送給陣面資源管理模塊，陣面資源管理模塊根據(jù)每個(gè)發(fā)射波束的波束指向及所需要的波束eirp自適應(yīng)調(diào)度子陣，當(dāng)子陣法線指向與波束指向之間的夾角小于等于設(shè)定角度且子陣eirp之和大于等于所需要的波束eirp，合成指定方向的發(fā)射波束；被調(diào)度子陣構(gòu)成子陣集合si(t)，子陣eirp之和的計(jì)算公式為：

3、gk為子陣集合si(t)中第k個(gè)子陣的法向增益，pk為子陣集合si(t)中第k個(gè)子陣的發(fā)射功率，θk(t)為子陣集合si(t)中第k個(gè)子陣的法向與波束指向之間的夾角，k為子陣集合si(t)中子陣的總個(gè)數(shù)。

4、優(yōu)選的，所述陣面資源管理模塊將陣面上m個(gè)平面子陣分為空閑子陣集合sidle(t)和工作子陣集合sbusy(t)，陣面上用于合成發(fā)射波束beami的平面子陣構(gòu)成子陣集合si(t)，不同發(fā)射波束不共享平面子陣，工作子陣集合sbusy(t)＝s1(t)∪s2(t)∪...∪si(t)(t)。

5、優(yōu)選的，所述陣面資源管理模塊根據(jù)每個(gè)發(fā)射波束的波束指向及所需要的波束eirp自適應(yīng)調(diào)度子陣的過程包括：

6、步驟一、在時(shí)刻t+δt，判斷發(fā)射波束beami任務(wù)是否結(jié)束，若結(jié)束，將子陣集合si(t)的子陣釋放，若未結(jié)束，維護(hù)空閑子陣集合sidle(t)和工作子陣集合sbusy(t)不變；

7、步驟二、從空閑子陣集合sidle(t)中提取k個(gè)連續(xù)分布子陣ak構(gòu)成子陣集合si(t+δt)，更新空閑子陣集合sidle(t+δt)和工作子陣集合sbusy(t+δt)；

8、步驟三、判斷子陣ak的法向與波束指向之間的夾角是否小于等于設(shè)定角度，若是，轉(zhuǎn)入步驟四，若否，將子陣ak從子陣集合si(t+δt)中刪除后轉(zhuǎn)入步驟四；

9、步驟四、判斷子陣集合si(t+δt)的子陣eirp之和是否大于等于波束eirpi(t+δt)，若是，基于子陣集合si(t+δt)合成發(fā)射波束；若否，從空閑子陣集合sidle(t+δt)中挑選與子陣集合si(t+δt)相鄰的子陣ap，當(dāng)子陣ap的法向與波束指向之間的夾角小于等于設(shè)定角度，將子陣ap放入子陣集合si(t+δt)，得到更新后的子陣集合si(t+δt)，重復(fù)本步驟，直至滿足更新后的子陣集合si(t+δt)的子陣eirp之和大于等于波束eirpi(t+δt)，基于更新后的子陣集合si(t+δt)合成發(fā)射波束。

10、優(yōu)選的，所述步驟一中判斷發(fā)射波束beami任務(wù)是否結(jié)束是通過判斷波束eirpi(t+δt)是否等于0，1≤i≤i(t+δt)，若eirpi(t+δt)＝0，判斷發(fā)射波束beami任務(wù)結(jié)束，陣面資源管理模塊將子陣集合si(t)的子陣釋放，即sidle(t+δt)＝sidle(t)∪si(t)，并將管理的發(fā)射波束數(shù)量減i(t+δt)-i(t)；若eirpi(t+δt)>0，判斷發(fā)射波束bedmi任務(wù)未結(jié)束，陣面資源管理模塊維護(hù)空閑子陣集合sidle(t)和工作子陣集合sbusy(t)不變。

11、優(yōu)選的，所述步驟二中更新空閑子陣集合sidle(t+δt)和工作子陣集合sbusy(t+δt)是指：從空閑子陣集合sidle(t)中刪除子陣集合si(t+δt)得到空閑子陣集合sidle(t+δt)，并在工作子陣集合sbusy(t)中添加子陣集合si(t+δt)得到工作子陣集合sbusy(t+δt)。

12、優(yōu)選的，所述設(shè)定角度為60°。

13、優(yōu)選的，所述步驟三中判斷子陣ak的法向與波束指向之間的夾角是否小于等于設(shè)定角度的過程包括：

14、3.1、m個(gè)平面子陣構(gòu)成一個(gè)發(fā)射相控陣系統(tǒng)，以o為坐標(biāo)原點(diǎn)建立全局笛卡爾坐標(biāo)系o-xyz，對(duì)子陣ak建立以om為原點(diǎn)的子陣級(jí)笛卡爾坐標(biāo)系om-xmymzm，該坐標(biāo)系的xmomym平面與子陣ak共面，omzm指向子陣ak法向；

15、3.2、子陣ak的法向與波束指向之間的夾角為θk(t+δt)，計(jì)算cosθk(t+δt)，當(dāng)轉(zhuǎn)入步驟四，當(dāng)將子陣ak從子陣集合si(t+δt)中刪除，更新空閑子陣集合sidle(t+δt)和工作子陣集合sbusy(t+δt)；

16、其中，(xk，yk，zk)為子陣ak原點(diǎn)ok在全局笛卡爾坐標(biāo)系o-xyz下的坐標(biāo)，(x′k，y′k，z′k)為子陣級(jí)笛卡爾坐標(biāo)系ok-xkykzk下點(diǎn)(0，0，1)在全局笛卡爾坐標(biāo)系o-xyz下的坐標(biāo)。

17、本發(fā)明還提供發(fā)射波束資源池波束合成裝置，包括：

18、波束資源池管理模塊，用于周期性地發(fā)送管理的發(fā)射波束的波束指向及所需要的波束eirp；

19、陣面資源管理模塊，用于根據(jù)每個(gè)發(fā)射波束的波束指向及所需要的波束eirp自適應(yīng)調(diào)度子陣，當(dāng)子陣法線指向與波束指向之間的夾角小于等于設(shè)定角度且子陣eirp之和大于等于所需要的波束eirp，合成指定方向的發(fā)射波束；被調(diào)度子陣構(gòu)成子陣集合si(t)，子陣eirp之和的計(jì)算公式為：

20、gk為子陣集合si(t)中第k個(gè)子陣的法向增益，pk為子陣集合si(t)中第k個(gè)子陣的發(fā)射功率，θk(t)為子陣集合si(t)中第k個(gè)子陣的法向與波束指向之間的夾角，k為子陣集合si(t)中子陣的總個(gè)數(shù)。

21、優(yōu)選的，所述陣面資源管理模塊將陣面上m個(gè)平面子陣分為空閑子陣集合sidle(t)和工作子陣集合sbusy(t)，陣面上用于合成發(fā)射波束beami的平面子陣構(gòu)成子陣集合si(t)，不同發(fā)射波束不共享平面子陣，工作子陣集合sbusy(t)＝s1(t)∪s2(t)∪...∪si(t)(t)。

22、優(yōu)選的，所述陣面資源管理模塊根據(jù)每個(gè)發(fā)射波束的波束指向及所需要的波束eirp自適應(yīng)調(diào)度子陣的過程包括：

23、步驟一、在時(shí)刻t+δt，判斷發(fā)射波束beami任務(wù)是否結(jié)束，若結(jié)束，將子陣集合si(t)的子陣釋放，若未結(jié)束，維護(hù)空閑子陣集合sidle(t)和工作子陣集合sbusy(t)不變；

24、步驟二、從空閑子陣集合sidle(t)中提取k個(gè)連續(xù)分布子陣ak構(gòu)成子陣集合si(t+δt)，更新空閑子陣集合sidle(t+δt)和工作子陣集合sbusy(t+δt)；

25、步驟三、判斷子陣ak的法向與波束指向之間的夾角是否小于等于設(shè)定角度，若是，轉(zhuǎn)入步驟四，若否，將子陣ak從子陣集合si(t+δt)中刪除后轉(zhuǎn)入步驟四；步驟四、判斷子陣集合si(t+δt)的子陣eirp之和是否大于等于波束eirpi(t+δt)，若是，基于子陣集合si(t+δt)合成發(fā)射波束；若否，從空閑子陣集合sidle(t+δt)中挑選與子陣集合si(t+δt)相鄰的子陣ap，當(dāng)子陣ap的法向與波束指向之間的夾角小于等于設(shè)定角度，將子陣ap放入子陣集合si(t+δt)，得到更新后的子陣集合si(t+δt)，重復(fù)本步驟，直至滿足更新后的子陣集合si(t+δt)的子陣eirp之和大于等于波束eirpi(t+δt)，基于更新后的子陣集合si(t+δt)合成發(fā)射波束。

26、優(yōu)選的，所述步驟一中判斷發(fā)射波束beami任務(wù)是否結(jié)束是通過判斷波束eirpi(t+δt)是否等于0，1≤i≤i(t+δt)，若eirpi(t+δt)＝0，判斷發(fā)射波束beami任務(wù)結(jié)束，陣面資源管理模塊將子陣集合si(t)的子陣釋放，即sidle(t+δt)＝sidle(t)∪si(t)，并將管理的發(fā)射波束數(shù)量減i(t+δt)-i(t)；若eirpi(t+δt)>0，判斷發(fā)射波束bedmi任務(wù)未結(jié)束，陣面資源管理模塊維護(hù)空閑子陣集合sidle(t)和工作子陣集合sbusy(t)不變。

27、優(yōu)選的，所述步驟二中更新空閑子陣集合sidle(t+δt)和工作子陣集合sbusy(t+δt)是指：從空閑子陣集合sidle(t)中刪除子陣集合si(t+δt)得到空閑子陣集合sidle(t+δt)，并在工作子陣集合sbusy(t)中添加子陣集合si(t+δt)得到工作子陣集合sbusy(t+δt)。

28、優(yōu)選的，所述設(shè)定角度為60°。

29、優(yōu)選的，所述步驟三中判斷子陣ak的法向與波束指向之間的夾角是否小于等于設(shè)定角度的過程包括：

30、3.1、m個(gè)平面子陣構(gòu)成一個(gè)發(fā)射相控陣系統(tǒng)，以o為坐標(biāo)原點(diǎn)建立全局笛卡爾坐標(biāo)系o-xyz，對(duì)子陣ak建立以ok為原點(diǎn)的子陣級(jí)笛卡爾坐標(biāo)系ok-xkykzk，該坐標(biāo)系的xkokyk平面與子陣ak共面，okzk指向子陣ak法向；

31、3.2、子陣ak的法向與波束指向之間的夾角為θk(t+δt)，計(jì)算cosθk(t+δt)，當(dāng)轉(zhuǎn)入步驟四，當(dāng)將子陣ak從子陣集合si(t+δt)中刪除，更新空閑子陣集合sidle(t+δt)和工作子陣集合sbusy(t+δt)；

32、其中，(xk，yk，zk)為子陣ak原點(diǎn)om在全局笛卡爾坐標(biāo)系o-xyz下的坐標(biāo)，(x′k，y′k，z′m)為子陣級(jí)笛卡爾坐標(biāo)系om-xmymzm下點(diǎn)(0，0,1)在全局笛卡爾坐標(biāo)系o-xyz下的坐標(biāo)。

33、本發(fā)明提供的優(yōu)點(diǎn)在于：

34、本發(fā)明基于子陣集合(而非獨(dú)立處理每個(gè)天線單元)天線陣面，根據(jù)波束指向的不同，調(diào)度不同的子陣參與波束合成，并且根據(jù)任務(wù)的需要調(diào)度最小規(guī)模的子陣參與波束合成，而不是所有的子陣都參與合成，提高陣面工作效率；在滿足波束等效全向輻射功率eirp的要求下，以最小的代價(jià)(最小規(guī)模陣面)完成指定方向的合成波束，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功耗的最小化。在任務(wù)執(zhí)行過程中，通過判斷子陣法線指向與合成波束所要求的指向之間的夾角，以及子陣本身的eirp(由子陣增益(db)+子陣功率(dbw)構(gòu)成)，自適應(yīng)調(diào)度子陣資源，以最小規(guī)模陣面完成發(fā)射波束的合成，可以為基于子陣拼接的大型多面相控陣或大型共形相控陣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)子陣資源高效調(diào)度，充分利用多面或共形相控陣系統(tǒng)靈活性，根據(jù)發(fā)射功率需要合成波束，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的功率效率。