[发明专利]一种大型共形相控阵天线激活区选择的方法

摘要

本发明公开了一种新的大型共形相控阵天线激活区选择的方法,首先计算不同激活区张角下天线阵列增益；然后计算不同张角下单个阵元利用率，并对其求一阶导，确定最佳激活区张角范围；在该张角范围内分别对比各张角下阵列方向图栅瓣效应，最终选择阵元利用率变化较大且栅瓣效应较小的张角作为最佳激活区张角，能够有效剔除对目标区域贡献较小的无效阵元，大大提高了激活区单个阵元平均利用率；在大型共形相控阵天线情况下，本发明方法能够有效确定出最佳激活区张角。在该张角下，阵面性能达到相对最优：既可获得较高的阵元利用率又可使阵列方向图栅瓣效应降低，有效减小激活区区域，降低硬件成本，同时避免栅瓣等不良效应对后续信号处理的影响。

主权项

1.一种共形相控阵天线激活区阵元选择方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤一、计算共形相控阵天线在不同激活区张角下的天线阵列增益，具体包括如下步骤：①针对天线阵列所接收的信号，建立信号模型：假设共形阵天线采用半球面加柱面的形式，某一激活区张角β下阵元个数为N(β)，阵元为各向异性，其方向性系数为其中θ为俯仰角，为方位角，目标信号为来自方向的远场窄带信号，假设各阵元噪声为相互独立的、功率相等的高斯白噪声，则激活区阵列接收到的信号模型表示为：式中，为目标信号的导向矢量，θ₀表示目标俯仰角，表示目标方位角；设以共形阵球心为原点建立三维直角坐标系，激活区各阵元坐标分别为(x_i,y_i,z_i)，i＝1,2,...,N(β)；各阵元坐标在目标来向的投影长度分别为λ为波长，则为第i个天线阵元在的方向系数，[·]^T为矩阵转置，⊙为点乘运算，s₀(t)为目标信号的复包络，n(t)＝[n₁(t),n₂(t),…,n_N(β)(t)]^T为阵列噪声向量，n_i(t)为第i个天线阵元的噪声值；对各天线阵元信号进行相位补偿，得到天线阵列输出信号为：其中，②计算天线阵列增益G：步骤二、利用步骤一得到的不同张角下天线阵列增益，分别除以相应的激活区阵元数N(β)，即得到不同张角下单个天线阵元平均利用率，其数学表达式为：然后对不同激活区张角下的天线阵元平均利用率求一阶导数，得到阵元平均利用率在不同张角下的变化情况，其数学表达式为：式中β_i、β_i+1分别代表第i和第i+1个激活区张角，η_ele(β_i)和η_ele(β_i+1)分别代表第i和第i+1个激活区张角下天线阵元的平均利用率；选择不大于最小一阶导数对应的张角β₀的角度范围作为最佳激活区张角范围；步骤三、对比阵列栅瓣效应，确定最佳激活区张角：首先在激活区张角为β₀的情况下进行数字波束形成得到阵列方向图，若栅瓣大于或等于设定值，则逐步减小张角，重新进行数字波束形成，直至得到栅瓣小于设定值为止，此时对应的张角即为最佳激活区张角；自此，完成了相控阵天线激活区的选择。