[发明专利]一种大型共形相控阵天线激活区选择的方法

说明书

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。

技术领域

本发明属于阵列信号处理技术领域，涉及一种大型共形相控阵天线激活区选择的方法。

背景技术

阵列信号处理是信号处理领域的一个重要分支，它在雷达、声纳、通信、导航、地震监测、语音信号处理以及生物医学工程等得到了广泛的应用。目前研究的天线阵列一般是线性阵列(直线阵或平面阵)，不存在阵列激活区选择的问题。但为获得更好、更稳定的性能，共形相控阵成为新的研究热点并得到迅速发展。考虑到共形阵载体的“遮蔽效应”，随着波束指向的不同，某些角度的入射信号会产生“暗区”，即并不是所有的阵元都能接收到信号，可被照射到的阵元随着波束指向的不同而不同，因此需根据波束的指向的不同确定可照射的阵元，即确定阵列激活区。由几何光学意义确定激活区范围是一种比较常用的方法，它利用光的直线传播原理，将位于光束范围内的区域作为阵列激活区，此方法得到的通常是理想的最大有效区域，但该区域在波束形成中栅瓣现象较为明显，为后续信号处理带来影响。

在实际设计中，阵元本身的方向性也是不可或缺的考虑因素，通常阵元法向为最大辐射方向，随着偏离最大辐射方向角度的增加，其辐射场是逐渐减小的。当阵元法向与目标方向相差较大时，其在目标区域贡献较小，甚至可以忽略。采用传统几何光学意义确定激活区范围，不仅会包含许多贡献较小的无效阵元，降低阵元平均利用率，还会导致较为明显的栅瓣效应，进而影响后续信号处理。

发明内容

本发明为了解决在大型共形相控阵天线情况下，采用传统几何光学方法确定激活区导致的阵元利用率低、栅瓣效应明显等问题，提出了一种新的大型共形相控阵天线激活区选择的方法。

一种共形相控阵天线激活区阵元选择方法，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；

步骤二、根据步骤一得到的不同激活区张角下天线阵列增益，计算不同激活区域张角下单个天线阵元平均利用率，并对其求一阶导数；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。

较佳的，所述步骤一具体包括如下步骤：

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：