本發(fā)明涉及接收相控陣系統(tǒng)波束合成，尤其涉及接收波束資源池波束合成方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、相控陣系統(tǒng)可以采用平面構(gòu)型，也可采用多面陣構(gòu)型，多面陣構(gòu)型對(duì)不同空域用不同陣面覆蓋，從而擴(kuò)大相控陣的波束覆蓋范圍。相控陣也可采用與各種載體平臺(tái)共形設(shè)計(jì)構(gòu)型?；诙嗝骊嚇?gòu)型或者與載體平臺(tái)共形設(shè)計(jì)的相控陣系統(tǒng)，根據(jù)波束指向的變化來(lái)調(diào)度不同的子陣完成波束合成。

2、當(dāng)前大型相控陣系統(tǒng)普遍采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，提高了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性。通過(guò)將大型陣面劃分為多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的子陣，不僅可以適應(yīng)不同尺寸的陣面需求，還能顯著提升系統(tǒng)的靈活性與通用性。此外，標(biāo)準(zhǔn)化的子陣模塊有利于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，從而降低生產(chǎn)和制造成本。模塊化設(shè)計(jì)也使得維護(hù)和檢修更加便捷，出現(xiàn)故障時(shí)只需要更換相應(yīng)的模塊即可，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

3、對(duì)大型相控陣來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的子陣構(gòu)成了子陣資源池。為充分利用基于多個(gè)子陣的多面或共形相控陣系統(tǒng)的靈活性，實(shí)現(xiàn)接收口徑效率最大化，關(guān)鍵在于如何調(diào)度分配子陣資源池中的子陣來(lái)合成接收波束。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于如何實(shí)現(xiàn)子陣資源的高效調(diào)度，實(shí)現(xiàn)接收口徑效率最大化。

2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的：接收波束資源池波束合成方法，波束資源池管理模塊周期性地將管理的接收波束的指向信息發(fā)送給子陣資源管理模塊，子陣資源管理模塊根據(jù)每個(gè)接收波束的指向信息自適應(yīng)調(diào)度子陣并更新子陣集合，基于更新后的子陣集合合成子陣波束，并對(duì)每個(gè)子陣波束進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償，基于補(bǔ)償后的子陣波束合成指定方向的接收波束；

3、對(duì)每個(gè)子陣波束進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償值為-δτk：

4、其中，為更新后的子陣集合中第k個(gè)子陣的子陣坐標(biāo)系ok-xyz的原點(diǎn)ok在陣面坐標(biāo)系o-xyz下的坐標(biāo)，為更新后的子陣集合的幾何中心的坐標(biāo)，為第i個(gè)接收波束的方向向量，c為光速。

5、優(yōu)選的，所述子陣資源管理模塊根據(jù)每個(gè)接收波束的指向信息自適應(yīng)調(diào)度子陣并更新子陣集合的過(guò)程包括：

6、步驟一、根據(jù)接收波束beami(t)的指向信息計(jì)算接收波束beami(t)的方向向量

7、

8、步驟二、計(jì)算子陣m的法向向量和接收波束beami(t)的方向向量的內(nèi)積，并根據(jù)內(nèi)積計(jì)算子陣衰減因子ηm，子陣衰減因子ηm的計(jì)算方式如下：

9、

10、其中當(dāng)ηm小于等于設(shè)定閾值時(shí)，將子陣m從子陣集合si(t)中刪除；否則將子陣m放入或留在子陣集合si(t)，得到更新后的子陣集合si(t)。

11、優(yōu)選的，子陣m法向向量和接收波束beami(t)的方向向量的內(nèi)積的計(jì)算公式為：

12、其中，為子陣m法線方向的單位向量，

13、優(yōu)選的，所述設(shè)定閾值為0，即當(dāng)子陣m的子陣衰減因子ηm>0時(shí)，則將子陣m放入子陣集合si(t)，即子陣m在時(shí)刻t參與接收波束beami(t)的形成。

14、優(yōu)選的，所述基于更新后的子陣集合合成子陣波束的過(guò)程包括：

15、1.1、計(jì)算第k個(gè)子陣中各天線單元在子陣坐標(biāo)系ok-xyz下的坐標(biāo)(x′k,n,y′k,n,z′k,n)：

16、其中，(xk,n,yk,n,zk,n)為第k個(gè)子陣中天線單元在陣面坐標(biāo)系o-xyz下的坐標(biāo)，1≤n≤nk，nk為第k個(gè)子陣中天線單元個(gè)數(shù)，k為更新后的子陣集合si(t)中子陣個(gè)數(shù)，

17、1.2、得到第k個(gè)子陣在子陣坐標(biāo)系ok-xyz下的坐標(biāo)矩陣為：

18、

19、1.3、計(jì)算第k個(gè)子陣的加權(quán)矢量并基于該加權(quán)矢量形成子陣波束beami(t,k)。

20、優(yōu)選的，更新后的子陣集合的幾何中心的坐標(biāo)的計(jì)算方式為：

21、其中，k為子陣集合si(t)中的子陣數(shù)量。

22、優(yōu)選的，補(bǔ)償后的子陣波束為beami(t-δτk,k)，基于補(bǔ)償后的子陣波束合成指定方向的接收波束beami(t)的計(jì)算方式為：

23、其中ηk為子陣k的子陣衰減因子。

24、本發(fā)明還提供接收波束資源池波束合成裝置，包括：

25、波束資源池管理模塊，用于周期性地發(fā)送管理的接收波束的指向信息；

26、子陣資源管理模塊，用于根據(jù)每個(gè)接收波束的指向信息自適應(yīng)調(diào)度子陣并更新子陣集合，基于更新后的子陣集合合成子陣波束，并對(duì)每個(gè)子陣波束進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償，基于補(bǔ)償后的子陣波束合成指定方向的接收波束；

27、對(duì)每個(gè)子陣波束進(jìn)行時(shí)延補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償值為-δτk：

28、為更新后的子陣集合中第k個(gè)子陣的子陣坐標(biāo)系ok-xyz的原點(diǎn)ok在陣面坐標(biāo)系o-xyz下的坐標(biāo)，為更新后的子陣集合的幾何中心的坐標(biāo)，為第i個(gè)接收波束的方向向量，c為光速。

29、優(yōu)選的，所述子陣資源管理模塊根據(jù)每個(gè)接收波束的指向信息自適應(yīng)調(diào)度子陣并更新子陣集合的過(guò)程包括：

30、步驟一、根據(jù)接收波束beami(t)的指向信息計(jì)算接收波束beami(t)的方向向量

31、

32、步驟二、計(jì)算子陣m的法向向量和接收波束beami(t)的方向向量的內(nèi)積，并根據(jù)內(nèi)積計(jì)算子陣衰減因子ηm，子陣衰減因子ηm的計(jì)算方式如下：

33、

34、其中當(dāng)ηm小于等于設(shè)定閾值時(shí)，將子陣m從子陣集合si(t)中刪除；否則將子陣m放入或留在子陣集合si(t)，得到更新后的子陣集合si(t)。

35、優(yōu)選的，子陣m的法向向量和接收波束beami(t)的方向向量的內(nèi)積的計(jì)算公式為：

36、其中，為子陣m法線方向的單位向量，

37、優(yōu)選的，所述設(shè)定閾值為0，即當(dāng)子陣m的子陣衰減因子ηm>0時(shí)，則將子陣m放入子陣集合si(t)，即子陣m在時(shí)刻t參與接收波束beami(t)的形成。

38、優(yōu)選的，所述基于更新后的子陣集合合成子陣波束的過(guò)程包括：

39、1.1、計(jì)算第k個(gè)子陣中各天線單元在子陣坐標(biāo)系ok-xyz下的坐標(biāo)(x′k,n,y′k,n,z′k,n)：

40、其中，(xk,n,yk,n,zk,n)為第k個(gè)子陣中天線單元在陣面坐標(biāo)系o-xyz下的坐標(biāo)，1≤n≤nk，nk為第k個(gè)子陣中天線單元個(gè)數(shù)，k為更新后的子陣集合si(t)中子陣個(gè)數(shù)，

41、1.2、得到第k個(gè)子陣在子陣坐標(biāo)系ok-xyz下的坐標(biāo)矩陣為：

42、

43、1.3、計(jì)算第k個(gè)子陣的加權(quán)矢量并基于該加權(quán)矢量形成子陣波束beami(t,k)。

44、優(yōu)選的，補(bǔ)償后的子陣波束為beami(t-δτk,k)，基于補(bǔ)償后的子陣波束合成指定方向的接收波束beami(t)的計(jì)算方式為：

45、其中ηk為子陣k的子陣衰減因子。

46、本發(fā)明提供的優(yōu)點(diǎn)在于：

47、本發(fā)明根據(jù)接收波束指向，實(shí)現(xiàn)接收子陣資源的最優(yōu)化調(diào)度，可使接收波束的增益最大化，對(duì)于由多個(gè)子陣構(gòu)成的非平面接收相控陣，波束合成時(shí)對(duì)不同子陣間相位中心不同引入的時(shí)延差，以及子陣相位中心與系統(tǒng)相位中心不同引入的時(shí)延差進(jìn)行估算和補(bǔ)償，充分利用基于多個(gè)子陣的多面或共形相控陣系統(tǒng)的靈活性，實(shí)現(xiàn)接收口徑效率最大化，可以為非平面接收相控陣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靈活的子陣資源調(diào)度、子陣與系統(tǒng)時(shí)延補(bǔ)償、多個(gè)子陣波束合成。

48、同時(shí)，子陣衰減因子的引入，可以最大化發(fā)揮共形陣空域覆蓋能力，并降低多面陣相位中心變化對(duì)波束合成的影響。