成像相控阵雷达波束控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有成像功能的相控阵雷达领域，尤其是一种具有成像功能的相控阵 雷达的波束控制设计。
【背景技术】
[0002] 相控阵雷达通过调节每个阵元的移相器的相位来进行空间波束扫描，每次移相的 周期比较长，一般为一个雷达工作周期。由于移相器的相位不能随着发射或接收信号频率 的变化而变化，对雷达信号瞬时带宽产生约束。而雷达成像则需要高分辨率，分辨率的提高 依赖于发射信号带宽的展宽。为了得到高分辨的图像，选取线性调频步进信号作为发射信 号，等效合成大带宽雷达回波信号。
[0003] 线性调频步进信号是在线性调频信号和步进频率信号的基础上提出来的，即多个 频率步进的小带宽脉冲信号，它能够在信号瞬时带宽相对较窄的情况下通过相参合成大带 宽以获得高距离分辨率，既能保证发射信号的能量，又能在短时间内覆盖更宽的频带，解决 了远距离探测和高距离分辨的矛盾。
[0004] 线性调频步进信号在雷达中的应用促进了波束控制方法的改进，原有的每周期布 一次相的方式已经不能满足需要。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种波束控制方法，能够解决调频步进信 号的应用带来的波束控制问题，实现雷达系统调频步进信号的发送，有效拓展相控阵雷达 功能，实现成像技术。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0007] (1)每个成像周期等待系统中心机发出的中心机指令中断；
[0008] ⑵中心机指令中断到来后接收系统指令，系统指令内容包括布相的方位角、俯仰 角以及该成像周期的第一个线性调频子脉冲的中心频率；
[0009] (3)计算中间变量
其中V为光 速，θ、γ分别表示方位和俯仰平面的波束指向角，dx、dy分别表示方位和俯仰面相邻移相 器之间的距离；取η = 1，η表示在一个雷达周期中当前进行第η次布相；
[0010] ⑷计算中间变量
'和
，其中A为该成像周期的第一个线性调频子脉冲的中心频率，A f为一个雷达成 像周期内相邻两次布相的频率差；
[0011] (5)计算第η次布相的方位馈相梯度
和俯仰馈 相梯度
[0012] (6)计算第η次布相时第（j，k)号阵元的相位移相值
,
其中，j = 0, 1，2,…，J-l，k = 0, 1，2..·，Κ-1，J、 K分别为平面相控阵天线方位方向和俯仰方向的阵元数目，为第η次布相频率下第 (j，k)号阵元的相位补偿量；
[0013] (7)等待中心机指令中断和布相定时中断，所述布相定时中断的数量等于一个雷 达成像周期中设定的布相次数N ;
[0014] (8)如果到来的中断为中心机指令中断，则说明此次雷达成像周期已经结束，转至 步骤（2)开始下一雷达成像周期；如果到来的为布相定时中断，则发送相位移相值布相，η 值加1，转至步骤（5)。
[0015] 本发明的有益效果是：对布相算法进行优化，缩小计算量，实现一个雷达成像周期 内N次布相的波束控制方案，以满足相控阵雷达发送调频步进信号用来成像的功能。
【附图说明】
[0016] 图1是波束控制硬件示意框图；
[0017] 图2是雷达成像周期示意图；
[0018] 图3是DSP流程框图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明采用基于调频步进信号的波束控制方法，该波束控制方法需要在一个雷达 成像周期内布N次相，N次布相的中心频率是递增的。由于N次布相带来计算时间的紧张， 本发明通过优化算法减少计算量，以解决多次布相时间紧张的问题。
[0020] 该波束控制方法流程如下：
[0021] 1.每个成像周期等待系统中心机指令到来的中断。
[0022] 2.中断到来后接收系统指令，指令内容包括布相的方位角、俯仰角、该成像周期的 第一个线性调频子脉冲的中心频率。
[0023] 3.计算中间变量
其中V为光 速，θ、γ分别表示方位和俯仰平面的波束指向角，dx、dy分别表示方位和俯仰面相邻移相 器之间的距离。取η = 1，η表示在一个雷达周期中当前进行第η次布相。
[0024] 4.计算中间变量
其中A为该成 像周期的第一个线性调频子脉冲的中心频率，A f为一个雷达成像周期内相邻两次布相的 频率差。
[0025] 5.计算
，其中 〃分别为第η次布相的方位和俯仰方向的馈相梯度。
[0026] 6.计算
其中J、K 分别为平面相控阵天线方位方向和俯仰方向的阵元数目为雷达成像周期中第η 次布相时第（j，k)号阵元的相位移相值，Δ妒为第η次布相频率下的第（j，k)号阵元的 相位补偿量。
[0027] 7.等待中断，包括中心机指令中断或者布相定时中断，布相定时中断的数量等于 一个雷达成像周期中设定的布相次数N。
[0028] 8.如果到来的中断为中心机指令中断，则令η值为1，转至步骤2,说明此次雷达成 像周期已经结束；如果到来的为定时中断，则在中断到来后发送相位移相值布相，η值加1， 转至步骤5。
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施 例。
[0030] 波束控制即波控机的硬件框图及外围电路连接如图1所示。波控机的主要逻辑器 件为DSP和FPGA。波控机每个雷达成像周期接收一次中心机发送的串行码，包括方位角、俯 仰角、调频步进信号的第一个线性调频子脉冲的中心频率，通过触发DSP串行中断的方式 接收数据，即图2中的DSP中断1。定时器每个雷达成像周期发送N次触发信号，通过触发 DSP中断的方式通知DSP开始发送移相值完成布相，即图2中的DSP中断2。FPGA接收DSP 数据完成移相值的分发，控制移相器移相完成布相过程。
[0031] DSP的流程框图如图3所示。
[0032] 1)进行初始化。
[0033] 2)等待系统中心机指令到来的中断，即串行中断1。
[0034] 3)中断到来后接收系统指令，指令内容包括布相的方位角、俯仰角、该成像周期的 第一个线性调频子脉冲的中心频率。
[0035] 4)计算
其中V 为光速，θ、γ分别表示方位和俯仰平面的波束指向角，dx、dy分别表示方位和俯仰面相邻 移相器之间的距离。
[0036] 5)计算
其 中A为该成像周期的第一个线性调频子脉冲的中心频率，Af为一个雷达成像周期内相邻 两次布相的频率差。
[0037] 6)计算
其中 Pm、Pj*分别为第η次布相的方位和俯仰方向的馈相梯度。
[0038] 7)计算
其中J、K 分别为平面相控阵天线方位方向和俯仰方向的阵元数目为第（j，k)号阵元在雷 达成像周期中第η次布相的相位移相值，Δ^/λ7?为第η次布相的频率下的各阵元的相位补 偿量，以表格形式存储在DSP中，计算时采用查表的方式找到该频率下的初相值。
[0039] 8)等待中断，包括中心机指令中断（中断1)或者布相定时中断（中断2)。
[0040] 9)如果到来的中断为中心机指令中断，则令η值为1，转至步骤3)，说明此次雷达 成像周期已经结束；如果到来的为定时中断，则在中断到来后发送移相值至FPGA，由FPGA 输出到各移相器布相，η值加1，转至步骤6)。
【主权项】
1. 一种成像相控阵雷达波束控制方法，其特征在于包括下述步骤： (1) 每个成像周期等待系统中心机发出的中心机指令中断； (2) 中心机指令中断到来后接收系统指令，系统指令内容包括布相的方位角、俯仰角以 及该成像周期的第一个线性调频子脉冲的中心频率； (3) 计算中间变量其中v为光速，θ、γ分别表示方位和俯仰平面的波束指向角，dx、dy分别表示方位和俯仰 面相邻移相器之间的距离；取η= 1，η表示在一个雷达周期中当前进行第η次布相； (4) 计算中间变量和 妒(.· 4/、其中fl为该成像周期的第一个线性调频子脉冲的中心频率，△f为一个雷达成 像周期内相邻两次布相的频率差； (5) 计算第η次布相的方位馈相梯雇口 俯仰馈相梯撞, (6) 计算第η次布相时第（j,k)号阵元的相位移相值奶,A") >，其中，j= 0,1,2, ..'J-l，k= 0,1,2..·，K-1，J、 Κ分别为平面相控阵天线方位方向和俯仰方向的阵元数目，为第η次布相频率下第 (j，k)号阵元的相位补偿量； (7) 等待中心机指令中断和布相定时中断，所述布相定时中断的数量等于一个雷达成 像周期中设定的布相次数N; (8) 如果到来的中断为中心机指令中断，则说明此次雷达成像周期已经结束，转至步骤 (2)开始下一雷达成像周期；如果到来的为布相定时中断，则发送相位移相值布相，η值加 1，转至步骤（5)。
【专利摘要】本发明提供了一种成像相控阵雷达波束控制方法，中心机指令中断到来后接收系统指令，通过计算各次布相的方位馈相梯度和俯仰馈相梯度得到各次布相时各阵元的相位移相值，并在中心机指令中断到来时开始下一雷达成像周期。本发明对布相算法进行优化，缩小计算量，能够解决调频步进信号的应用带来的波束控制问题，实现雷达系统调频步进信号的发送，有效拓展相控阵雷达功能，实现一个雷达成像周期内N次布相的波束控制方案，以满足相控阵雷达发送调频步进信号用来成像的功能。
【IPC分类】G05B13/02
【公开号】CN105259749
【申请号】CN201510577565
【发明人】周倩, 乔益丽
【申请人】中国电子科技集团公司第二十研究所
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年9月11日