相控阵天线脉内多波束的实现方法与流程

本发明是关于微波技术领域，特别是关于一种相控阵天线脉内多波束的实现方法。

背景技术：

在地空导弹武器系统中，时间是宝贵的资源。脉内多波束天线能够在短时间内完成大空域的搜索，作为地空导弹武器系统中的搜索雷达、目标指示雷达，为制导雷达和导弹快速提供目标的位置、速度信息。例如，俄罗斯道尔武器系统的搜索雷达，采用脉内三波束的天线，即在一个脉冲内部包括三个脉冲，每个脉冲间隔100ns，天线每一次扫描，在俯仰方向能一次由三个波束扫描32度，这不仅提高了供给制导雷达的数据率，同时提高了在俯仰方向的角度分辨率，为武器系统攻击高速目标打下了基础。

但是，道尔武器系统搜索雷达采用的是频率扫描天线。它是通过不同频率在天线的频率色散，在空间的辐射来形成多个波束，一个频点对应一个波束，每个频点相隔一定的带宽，三个频点(带宽约400mhz)同时工作，波束的快速切换是通过在微波信号源中采用快速开关切换小信号微波信号的频率来实现，其优点是方案快速、简单、可靠，成本低。这种工作方式缺点是，在复杂电磁环境的战场条件下，容易受到对方干扰机干扰，任何一个频点受到干扰，雷达系统就不能提供目标信息，抗干扰能力差，不利于武器系统在复杂电磁环境下作战。

相控阵天线指的是通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线。控制相位可以改变天线方向图最大值的指向，以达到波束扫描的目的。通过频率捷变，雷达的抗干扰性能显著提高，在复杂电磁环境下的生存能力强。

波束控制系统是相控阵天线的重要分系统之一，它根据雷达中心控制计算机提供的天线波束指向角信息，频率信息等，在规定的时间内，计算出每个t/r组件所需的相位值，将各个单元的波束控制数码及状态控制码通过驱动后分发至各单元，实现对波束指向的控制。

波束控制系统的设计要根据阵面单元的规模，雷达的功能、波束变换的时间、设备量、成本等因素选择不同的控制模式。波束控制系统一般可划分为集中式波束控制系统和分布式波束控制系统。分布式控制法主要应用于大规模阵列的相控阵系统，而对于阵面单元较少的雷达，则采用集中式控制，查表的计算方法。

集中式波束控制系统具体做法也有两种，一种是实施计算法，另一种是将相位数据形成表格，采用实时查表的方法。采用查表方法，速度快。国内采用这种方法最快能做到33微妙。它采用10mhz时钟，波控码为32位穿行数据，打码时钟1mhz。

这种方案，先要将接收到的数据转换为地址，就需要5个时钟周期，波控码转换成控制数据，又需要32微秒，fpga读取ram，也需要5个时钟周期。因此总的时间达到几十微秒，不能满足配相时间小于200ns的要求，不能实现脉内多波束功能。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种相控阵天线脉内多波束的实现方法，其减少了波束控制的数据传输量，且采用查表写入数据，提高了速度，并实现了脉冲内部的多个波束的控制。

为实现上述目的，本发明提供了一种相控阵天线脉内多波束的实现方法，包括：计算机发出控制指令，发送的时间按照预设时序进行，且在脉冲截止期间完成。t/r模块接收控制指令后，在脉冲截止期间，用查表法，查出控制指令的控制数据，并全部预先赋值波束控制电路的每个通道的十个数据锁存器内，且赋值完成后，赋值电路处于高阻状态。脉冲信号加到十个数据锁存器的控制端，且当脉冲到来时，十个数据锁存器内的数据在脉冲的控制下依次输出，并控制微波移相器的相位。

在本发明的一实施方式中，波束控制电路和所述微波移相器安装于所述t/r模块内，且所述波束控制电路与所述微波移相器电性连接。

在本发明的一实施方式中，脉冲截止期间为1900微秒。

在本发明的一实施方式中，波束控制电路的fpga采用时钟速度20mhz，且在调制脉冲上升降沿更新相位值。

在本发明的一实施方式中，微波移相器采用6位开关移相器，开关速度小于20ns，且控制接口采用并行数据传输。

与现有技术相比，根据本发明的相控阵天线脉内多波束的实现方法，其减少了波束控制的数据传输量，且采用查表写入数据，提高了速度，并实现了脉冲内部的多个波束的控制。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的相控阵天线脉内多波束的实现方法的波束示意图；

图2是根据本发明一实施方式的相控阵天线脉内多波束的实现方法的波形示意图；

图3是根据本发明一实施方式的相控阵天线脉内多波束的实现方法的波束控制电路的示意图；

图4是根据本发明一实施方式的相控阵天线脉内多波束的实现方法的波束控制的线框示意图。

主要附图标记说明：

1-数据锁存器，2-移相器，3-波束控制电路。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1是根据本发明一实施方式的相控阵天线脉内多波束的实现方法的波束示意图。图2是根据本发明一实施方式的相控阵天线脉内多波束的实现方法的波形示意图。图3是根据本发明一实施方式的相控阵天线脉内多波束的实现方法的波束控制电路的示意图。图4是根据本发明一实施方式的相控阵天线脉内多波束的实现方法的波束控制的线框示意图。

如图1至图4所示，根据本发明优选实施方式的一种相控阵天线脉内多波束的实现方法，包括：计算机发出控制指令，发送的时间按照预设时序进行，且在脉冲截止期间完成。t/r模块接收控制指令后，在脉冲截止期间，用查表法，查出控制指令的控制数据，并全部预先赋值波束控制电路3的每个通道的十个数据锁存器1内，且赋值完成后，赋值电路处于高阻状态。脉冲信号加到十个数据锁存器1的控制端，且当脉冲到来时，十个数据锁存器1内的数据在脉冲的控制下依次输出，并控制微波移相器2的相位。

在本发明的一实施方式中，波束控制电路3和所述微波移相器2安装于所述t/r模块内，且所述波束控制电路3与所述微波移相器2电性连接。脉冲截止期间为1900微秒。

在本发明的一实施方式中，波束控制电路3的fpga采用时钟速度20mhz，且在调制脉冲上升降沿更新相位值。微波移相器2采用6位开关移相器2，开关速度小于20ns，且控制接口采用并行数据传输。

在实际应用中，本发明的相控阵天线脉内多波束的实现方法的波束控制电路3和微波移相器2一体化设计，二者安装在t/r模块内部，可以大幅减少相控阵天线与波束形成网络之间的信号互联，减少了传输延迟，提高了速度。微波移相器2采用6位开关移相器2，开关速度小于20ns，且控制接口采用并行数据传输，提高了移相器2的移相速度。详细来说，计算机发出的数据不是详细的控制数据，而只是脉内波束扫描工作方式的指令，发送的时间严按照规定的时序进行，在脉冲截至期间(1900μs)完成。这种控制方法，传输数据量大大减少，只有一个字节(对于复杂系统，数据量也有限)，在脉冲截至期间，只占用不到100μs时间就能完成数据传输和接收。当t/r模块内的波束控制电路3收到控制模式命令后，在脉冲截至期间，利用不大于100μs时间内，用查表法，查出将该控制模式的控制数据，全部预先赋值每个通道的十个数据锁存器1(十个8位d触发器)内，赋值完成后，赋值电路处于高阻状态。脉冲信号加到数据锁存器1的控制端(通过反相器后)，当脉冲到来时，十个数据锁存器1内的数据，在脉冲的控制下依次输出，控制移相器2的相位。fpga采用时钟速度20mz，在调制脉冲上升降沿更新相位值，相位值在调制脉冲高电平保持，在100ns的时间内，即可完成移相器2相位控制，从而实现了天线的脉内多个波束扫描。其中，相控阵天线是一维相扫相控阵，方位方向宽波束，俯仰方向一维相扫，指标如下：1、工作频段：c波段，带宽400mhz；2、脉冲宽度100μs，占空比5％；3、天线增益：21db；4、方位波束宽度：方位方向波束宽度±10度；5、俯仰方向采用相位扫描实现，扫描范围±20度；6、俯仰方向在一个100μs脉冲内部，通过十个子波束实现扫描子波束脉冲脉冲宽度9.8μs，间隔0.2μs；8、俯仰方向有八种控制模式。

总之，本发明的相控阵天线脉内多波束的实现方法，其减少了波束控制的数据传输量，采用并行接口的移相器，提高了移相器的控制速度，且采用查表写入数据，提高了速度，并且采用脉冲触发，十个波束控制数据顺序移位的方法，实现了脉冲内部的多个波束的控制。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。