一种基于FPGA的大规模相控阵波束可重构控制方法与流程

本发明涉及大规模平面相控阵的控制，具体涉及一种基于fpga的大规模相控阵波束可重构控制方法。

背景技术：

1、本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

2、随着现代科学技术的发展，相控阵列已经广泛应用于雷达、电子对抗等领域。相控阵列天线具有扫描灵活、可靠性高、可拓展性强等优点，通过对阵列内天线阵元数量、阵元组合形式、阵元间距等因素进行合理配置，可以完成天线波束指向的合成和切换，实现对目标的准确定位和跟踪。

3、波束控制是平面相控阵能实现其性能指标的重要环节。平面相控阵内的各个天线阵元通常集成了一定数量的移相器或延时器，通过控制移相器的相位或延时器的延时量，可以实现阵面天线波束指向的切换。波束控制通常在可编程逻辑阵列芯片(fpga)上实现，常用的实现方法有如下两种：

4、第一，查表法，预存波束控制所需的配置信息，通过查表法完成快速的波束控制信息加载和配置，这种方法适用于小型简单相控阵，逻辑相对简单，所需逻辑资源少。随着相控阵规模增大、辐射波束指向范围扩大、工作模式形态多变，这种查表法不再适用。

5、第二，直接计算法，解算波束控制参数，将阵面分为多个维度，逐级分配移相量或延时量，这种方法可以实现对大规模阵列的波束控制，但是由于解算波束控制参数涉及到三角函数计算、乘法计算，对于常规fpga来说，这种计算会占用较多资源，且存在较大延时，不利于波束的实时控制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术中存在的问题，提供了一种基于fpga的大规模相控阵波束可重构控制方法，可以快速实现对大规模平面相控阵的波束控制，能够实现大规模平面相控阵全阵波束控制，且随着阵元数量的增加和排列顺序的调整，可以实现可扩展的波束控制；并能够进行平面相控阵的模式切换，在全阵、半阵、多子阵等模式下实现多目标波束可重构控制；还能够使用基础延时量和阵元坐标两种要素快速高效地完成目标波束参数配置，并且可以推广到多种模式下的波束控制，解决了上述问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种基于fpga的大规模相控阵波束可重构控制方法，包括：

4、步骤s1：根据系统工作需求选择对应的阵面波束可重构模式；

5、步骤s2：针对所选的阵面波束可重构模式，根据目标方位角和俯仰角进行参数设置，解算出所选的阵面波束可重构模式内的方位基础延时量和俯仰基础延时量；

6、步骤s3：基于方位基础延时量和俯仰基础延时量，结合阵元排列坐标计算出总延时参数；

7、步骤s4：将总延时参数配置到阵面内各个阵元中，最终形成阵列目标波束。

8、进一步地，所述阵面波束可重构模式，包括：

9、全阵工作模式、半阵工作模式、多子阵工作模式。

10、进一步地，所述方位基础延时量通过如下公式计算：

11、

12、其中：

13、α表示方位基础延时量；

14、表示波束方位角；

15、θ表示波束俯仰角；

16、dx表示阵元方位间距。

17、进一步地，所述俯仰基础延时量通过如下公式计算：

18、β＝sinθdy

19、其中：

20、β表示俯仰基础延时量；

21、dy表示阵元俯仰间距。

22、进一步地，所述步骤s3，包括：

23、阵面的参考阵元原点坐标为p(0,0)，阵面内任意阵元坐标为p(m,n)，则p(m,n)相对于p(0,0)的总延时量通过如下公式计算：

24、

25、其中：

26、表示对延时量的补偿数据。

27、进一步地，在全阵工作模式下，所述步骤s2，包括：

28、根据全阵目标方位角和俯仰角进行参数设置，解算出对应的方位基础延时量和俯仰基础延时量；

29、在全阵工作模式下，所述步骤s3，包括：

30、向阵列提供全阵目标方位角和俯仰角对应的方位基础延时量和俯仰基础延时量，全阵根据预存的阵元坐标信息，计算总延时参数；

31、在全阵工作模式下，所述步骤s4，包括：

32、将总延时参数配置到全阵内各个阵元中，完成全阵的延时参数配置。

33、进一步地，在半阵工作模式下，所述步骤s2，包括：

34、根据各半阵目标方位角和俯仰角进行参数设置，解算出对应的方位基础延时量和俯仰基础延时量；

35、在半阵工作模式下，所述步骤s3，包括：

36、向阵列提供各半阵目标方位角和俯仰角对应的方位基础延时量和俯仰基础延时量，各半阵根据预存的阵元坐标信息，计算总延时参数；

37、在半阵工作模式下，所述步骤s4，包括：

38、将总延时参数配置到各半阵内的各个阵元中，完成全阵的延时参数配置。

39、进一步地，在多子阵工作模式下，所述步骤s2，包括：

40、根据各子阵目标方位角和俯仰角进行参数设置，解算出对应的方位基础延时量和俯仰基础延时量；

41、在多子阵工作模式下，所述步骤s3，包括：

42、向阵列提供各子阵目标方位角和俯仰角对应的方位基础延时量和俯仰基础延时量，各子阵根据预存的阵元坐标信息，计算总延时参数；

43、在多子阵工作模式下，所述步骤s4，包括：

44、将总延时参数配置到各子阵内的各个阵元中，完成子阵的延时参数配置。

45、与现有的技术相比本发明的有益效果是：

46、一种基于fpga的大规模相控阵波束可重构控制方法，包括：步骤s1：根据系统工作需求选择对应的阵面波束可重构模式；步骤s2：针对所选的阵面波束可重构模式，根据目标方位角和俯仰角进行参数设置，解算出所选的阵面波束可重构模式内的方位基础延时量和俯仰基础延时量；步骤s3：基于方位基础延时量和俯仰基础延时量，结合阵元排列坐标计算出总延时参数；步骤s4：将总延时参数配置到阵面内各个阵元中，最终形成阵列目标波束；能在较短的时间内明显减少fpga资源占用，完成延时参数的快速解算和配置，实现更快的波束控制。

技术特征：

1.一种基于fpga的大规模相控阵波束可重构控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的大规模相控阵波束可重构控制方法，其特征在于，所述阵面波束可重构模式，包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于fpga的大规模相控阵波束可重构控制方法，其特征在于，所述方位基础延时量通过如下公式计算：

4.根据权利要求3所述的一种基于fpga的大规模相控阵波束可重构控制方法，其特征在于，所述俯仰基础延时量通过如下公式计算：

5.根据权利要求4所述的一种基于fpga的大规模相控阵波束可重构控制方法，其特征在于，所述步骤s3，包括：

6.根据权利要求2所述的一种基于fpga的大规模相控阵波束可重构控制方法，其特征在于，在全阵工作模式下，所述步骤s2，包括：

7.根据权利要求2所述的一种基于fpga的大规模相控阵波束可重构控制方法，其特征在于，在半阵工作模式下，所述步骤s2，包括：

8.根据权利要求2所述的一种基于fpga的大规模相控阵波束可重构控制方法，其特征在于，在多子阵工作模式下，所述步骤s2，包括：

技术总结
本发明公开了一种基于FPGA的大规模相控阵波束可重构控制方法，涉及大规模平面相控阵的控制技术领域，包括：首先根据系统工作需求选择对应的阵面波束可重构模式；然后针对所选的阵面波束可重构模式，根据目标方位角和俯仰角进行参数设置，解算出所选的阵面波束可重构模式内的方位基础延时量和俯仰基础延时量；再基于方位基础延时量和俯仰基础延时量，结合阵元排列坐标计算出总延时参数；最后将总延时参数配置到阵面内各个阵元中，最终形成阵列目标波束；本发明，能在较短的时间内明显减少FPGA资源占用，完成延时参数的快速解算和配置，实现更快的波束控制。

技术研发人员：王莉,李玉成,张小娅,张文锋,黄凯,杜丹阳
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十九研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16