一种基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法与流程

1.本发明涉及雷达对抗信号处理技术领域，具体而言，涉及一种基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法。


背景技术：

2.现有相控阵雷达对抗装备中，通常采用资源管理软件对相控阵资源(二维平面阵，如图1所示)进行管理和分配，实时根据当前的目标数目，目标频段、目标方位/俯仰的分布情况，将相控阵资源在全阵/半阵/1/4子阵等工作模式之间灵活切换和分配给各个目标，并将干扰波束(一个子阵瞬时只能形成一个波束)指向所分配的目标方向，从而实现对多目标的实时跟踪覆盖。
3.上述方法存在的不足是：在实际使用过程中，虽然在设计最大覆盖目标情况下可以灵活分配相控阵资源的工作模式和阵面数目来应对多种情况，但由于实际环境往往相当复杂，一旦出现环境中的目标数目超过设计最大目标，将置装备平台和操作员于危险之地，且当多个目标来自于同一或相邻方向时，依然需要分配相同个数的子阵(一个子阵瞬时只能形成一个波束)对其进行跟踪覆盖，而对阵面资源利用不充分。


技术实现要素：

4.本发明旨在提供一种基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，以解决传统的阵面资源分配方法对阵面资源利用不充分的问题。
5.本发明提供的一种基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，包括：
6.将所有目标进行优先级从高到低排序，并优先为较高优先级的目标分配阵面资源；
7.遍历搜索其余所有目标(威胁等级不大于前述目标)，如果存在目标的方位角和俯仰角能被前述目标所分配的波束所覆盖时，则该目标复用前述目标的波束。
8.在一个优选的实施例中，当只有一个目标时：
9.为该目标分配全阵阵面资源，形成一个波束指向目标。
10.在一个优选的实施例中，当存在两个目标时：
11.以第一个目标为基准目标，对另一个目标，通过将目标与基准目标在方位和俯仰方向的角度差与以全阵形式计算的方位和俯仰方向的半波束宽度进行比较，来判断该目标是否和基准目标复用波束。
12.进一步的，以第一个目标为基准目标，对另一个目标，利用波束3db宽度公式以全阵形式分别计算出方位和俯仰方向的半波束宽度，再计算该目标与基准目标在方位和俯仰方向的角度差，当方位和俯仰方向的角度差分别均小于所述方位和俯仰方向的半波束宽度，则该目标和基准目标复用波束，分配全阵阵面资源，形成一个波束指向基准目标；否则该两个目标分别分配半阵阵面资源，形成两个波束分别指向此两个目标。
13.进一步的，所述波束3db宽度公式为：
[0014][0015]
其中，c是光速，f是目标的中心频率，n是方位/俯仰方向的阵元数目，d是方位/俯仰方向的阵元间距，α是工程系数。
[0016]
在一个优选的实施例中，当存在三个以及三个以上目标时：
[0017]
首先以第一个目标为基准目标一，采用存在两个目标时的方法，对剩下的所有目标，通过将目标与基准目标一在方位和俯仰方向的角度差与以全阵形式计算的方位和俯仰方向的半波束宽度进行比较，来判断该目标是否可以和基准目标一复用波束；如果均可以，则分配全阵阵面资源，形成一个波束指向基准目标一；
[0018]
否则，顺序对后面所有目标重新以半阵形式计算方位和俯仰方向的半波束宽度，所述半阵形式是指方位方向的阵元数目减半，俯仰方向的阵元个数不变；通过将目标与基准目标一在方位和俯仰方向的角度差与以半阵形式计算的方位和俯仰方向的半波束宽度进行比较，判断与基准目标一是否可以合并，如果可以合并，置合并标志一；再次遍历所有目标，以不能与基准目标一合并的顺序第一个目标为基准目标二，再次遍历余下不能与基准目标一合并的目标，如果可以和基准目标二，则置合并标志为二；如果全部目标均能与基准目标一或基准目标二合并，则计算结束，分配两个子阵，子阵一和子阵二各自形成一个波束，分别指向基准目标一和基准目标二；
[0019]
否则，顺序对后面所有目标重新以1/4子阵形式计算方位和俯仰方向的半波束宽度，所述1/4子阵形式是指方位/俯仰方向的阵元数目均减半；以前述方式逐一进行是否可以合并的判断，形成最少3个或4个基准目标，计算结束，分配3个或4个子阵，每个子阵各自形成一个波束分别指向这3个或者4个基准目标。
[0020]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0021]
1、提高阵面资源利用率，提高输出信号功率：
[0022]
传统的阵面资源分配方法中，不管多个目标是否集中在某个小范围方向(方位和俯仰)，均需要分配相应个数的子阵，分别形成波束指向目标，这种情况下，由于子阵数目增多，相应的每个子阵的阵元数目减少，合成的等效辐射功率将减少。而通过本发明的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，这些子阵可以合并，形成一个波束覆盖所有目标，这样可以最大化利用阵面资源，提高输出信号功率。
[0023]
2、提高多目标适应能力：
[0024]
传统的阵面资源分配方法，其适应的最大目标数目不能超过可以分的最大子阵数目，当在极端环境下，一旦目标数目超过设计阈值，则极大地加大了装备平台和操作员的危险程度，而通过本发明的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，覆盖目标不完全依赖于子阵数目，在大部分情况下都能有效规避这种风险，大大提高装备平台和操作员的安全性。
[0025]
3、具有经济价值：
[0026]
如果装备的指标明确，所适应的工作条件清晰确定，那么使用本发明的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法可以显著提高阵面和阵元的利用效率，反过来就可以在一定程度上减少阵面子阵和阵元的硬件数量配置，从而获得一定的经济性。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0028]
图1为本发明实施例中基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法的流程图。
[0029]
图2为本发明实施例中相控阵阵面子阵/波束工作示意图。
[0030]
图3为传统的阵面资源分配方法与本发明的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法的效果示意图。
具体实施方式
[0031]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0032]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
实施例
[0034]
如图1所示，本实施例提出一种基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，包括：
[0035]
将所有目标进行优先级从高到低排序，并优先为较高优先级的目标分配阵面资源；
[0036]
遍历搜索其余所有目标，如果存在目标的方位角和俯仰角能被前述目标所分配的波束所覆盖时，则该目标复用前述目标的波束。具体地，根据相控阵阵面工作模式(全阵/半阵/1/4子阵)以及待处理目标数目进行如下处理：
[0037]
(1)当只有一个目标时：
[0038]
为该目标分配全阵阵面资源，形成一个波束指向目标。
[0039]
(2)当存在两个目标时：
[0040]
以第一个目标为基准目标，对另一个目标，通过将目标与基准目标在方位和俯仰方向的角度差与以全阵形式计算的方位和俯仰方向的半波束宽度进行比较，来判断该目标是否和基准目标复用波束。具体地：
[0041]
以第一个目标为基准目标，对另一个目标，利用波束3db宽度公式以全阵形式分别计算出方位和俯仰方向的半波束宽度和所述波束3db宽度公式为：
[0042][0043]
其中，c是光速，f是目标的中心频率，n是方位/俯仰方向的阵元数目，d是方位/俯仰方向的阵元间距，α是工程系数(主要针对阵元安装误差对理论波束宽度的影响，一般通
过暗室实测得到)。
[0044]
再计算该目标与基准目标在方位和俯仰方向的角度差，当方位和俯仰方向的角度差分别均小于所述方位和俯仰方向的半波束宽度和则该目标和基准目标复用波束，分配全阵阵面资源，形成一个波束指向基准目标；否则该两个目标分别分配半阵阵面资源，形成两个波束分别指向此两个目标。
[0045]
(3)当存在三个以及三个以上目标时：
[0046]
首先以第一个目标为基准目标一，采用存在两个目标时的方法，对剩下的所有目标，通过将目标与基准目标一在方位和俯仰方向的角度差与以全阵形式计算的方位和俯仰方向的半波束宽度进行比较，来判断该目标是否可以和基准目标一复用波束；如果均可以，则分配全阵阵面资源，形成一个波束指向基准目标一；
[0047]
否则，顺序对后面所有目标重新以半阵形式计算方位和俯仰方向的半波束宽度，所述半阵形式是指方位方向的阵元数目减半(即变为n/2，在计算方位方向的半波束宽度时，将n/2替换所述波束3db宽度公式中的n)，俯仰方向的阵元个数不变；通过将目标与基准目标一在方位和俯仰方向的角度差与以半阵形式计算的方位和俯仰方向的半波束宽度进行比较，判断与基准目标一是否可以合并，如果可以合并，置合并标志一；再次遍历所有目标，以不能与基准目标一合并的顺序第一个目标为基准目标二，再次遍历余下不能与基准目标一合并的目标，如果可以和基准目标二，则置合并标志为二；如果全部目标均能与基准目标一或基准目标二合并，则计算结束，分配两个子阵，子阵一和子阵二各自形成一个波束，分别指向基准目标一和基准目标二；
[0048]
否则，顺序对后面所有目标重新以1/4子阵形式计算方位和俯仰方向的半波束宽度，所述1/4子阵形式是指方位/俯仰方向的阵元数目均减半(即方位/俯仰方向的阵元数目均变为n/2，在计算方位/俯仰方向的半波束宽度时，将n/2替换所述波束3db宽度公式中的n)；以前述方式逐一进行是否可以合并的判断，形成最少3个或4个基准目标，计算结束，分配3个或4个子阵，每个子阵各自形成一个波束分别指向这3个或者4个基准目标。
[0049]
扩展延伸，当阵面可以分为4个以上子阵(如8或16等)时，可以用上属方法类推，进行阵面和波束分配。
[0050]
图2为本发明实施例，采用了以8*8元平面相控阵为阵面资源，其阵面方位向阵元间距25mm，俯仰方向阵元间距15mm，实际计算中，波束3db宽度中的α取值0.9，通过如图1所示的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法的工作流程，实时对多目标进行阵面资源分配和波束分配，同时采用传统的阵面资源分配方法进行进行阵面资源分配和波束分配，得到了如图3所示的效果示意图。由此可以看出，本发明具有以下优点：
[0051]
1、提高阵面资源利用率，提高输出信号功率：
[0052]
传统的阵面资源分配方法中，不管多个目标是否集中在某个小范围方向(方位和俯仰)，均需要分配相应个数的子阵，分别形成波束指向目标，这种情况下，由于子阵数目增多，相应的每个子阵的阵元数目减少，合成的等效辐射功率将减少。而通过本发明的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，这些子阵可以合并，形成一个波束覆盖所有目标，这样可以最大化利用阵面资源，提高输出信号功率。
[0053]
2、提高多目标适应能力：
[0054]
传统的阵面资源分配方法，其适应的最大目标数目不能超过可以分的最大子阵数目，当在极端环境下，一旦目标数目超过设计阈值，则极大地加大了装备平台和操作员的危险程度，而通过本发明的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，覆盖目标不完全依赖于子阵数目，在大部分情况下都能有效规避这种风险，大大提高装备平台和操作员的安全性。
[0055]
3、具有经济价值：
[0056]
如果装备的指标明确，所适应的工作条件清晰确定，那么使用本发明的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法可以显著提高阵面和阵元的利用效率，反过来就可以在一定程度上减少阵面子阵和阵元的硬件数量配置，从而获得一定的经济性。
[0057]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，其特征在于，包括：将所有目标进行优先级从高到低排序，并优先为较高优先级的目标分配阵面资源；遍历搜索其余所有目标，如果存在目标的方位角和俯仰角能被前述目标所分配的波束所覆盖时，则该目标复用前述目标的波束。2.根据权利要求1所述的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，其特征在于，当只有一个目标时：为该目标分配全阵阵面资源，形成一个波束指向目标。3.根据权利要求1所述的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，其特征在于，当存在两个目标时：以第一个目标为基准目标，对另一个目标，通过将目标与基准目标在方位和俯仰方向的角度差与以全阵形式计算的方位和俯仰方向的半波束宽度进行比较，来判断该目标是否和基准目标复用波束。4.根据权利要求3所述的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，其特征在于，以第一个目标为基准目标，对另一个目标，利用波束3db宽度公式以全阵形式分别计算出方位和俯仰方向的半波束宽度，再计算该目标与基准目标在方位和俯仰方向的角度差，当方位和俯仰方向的角度差分别均小于所述方位和俯仰方向的半波束宽度，则该目标和基准目标复用波束，分配全阵阵面资源，形成一个波束指向基准目标；否则该两个目标分别分配半阵阵面资源，形成两个波束分别指向此两个目标。5.根据权利要求4所述的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，其特征在于，所述波束3db宽度公式为：其中，c是光速，f是目标的中心频率，n是方位/俯仰方向的阵元数目，d是方位/俯仰方向的阵元间距，α是工程系数。6.根据权利要求3-5任一项所述的基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，其特征在于，当存在三个以及三个以上目标时：首先以第一个目标为基准目标一，采用存在两个目标时的方法，对剩下的所有目标，通过将目标与基准目标一在方位和俯仰方向的角度差与以全阵形式计算的方位和俯仰方向的半波束宽度进行比较，来判断该目标是否可以和基准目标一复用波束；如果均可以，则分配全阵阵面资源，形成一个波束指向基准目标一；否则，顺序对后面所有目标重新以半阵形式计算方位和俯仰方向的半波束宽度，所述半阵形式是指方位方向的阵元数目减半，俯仰方向的阵元个数不变；通过将目标与基准目标一在方位和俯仰方向的角度差与以半阵形式计算的方位和俯仰方向的半波束宽度进行比较，判断与基准目标一是否可以合并，如果可以合并，置合并标志一；再次遍历所有目标，以不能与基准目标一合并的顺序第一个目标为基准目标二，再次遍历余下不能与基准目标一合并的目标，如果可以和基准目标二，则置合并标志为二；如果全部目标均能与基准目标一或基准目标二合并，则计算结束，分配两个子阵，子阵一和子阵二各自形成一个波束，分别指向基准目标一和基准目标二；
否则，顺序对后面所有目标重新以1/4子阵形式计算方位和俯仰方向的半波束宽度，所述1/4子阵形式是指方位/俯仰方向的阵元数目均减半；以前述方式逐一进行是否可以合并的判断，形成最少3个或4个基准目标，计算结束，分配3个或4个子阵，每个子阵各自形成一个波束分别指向这3个或者4个基准目标。

技术总结
本发明提供一种基于波束复用的相控阵阵面资源分配方法，通过引入波束复用的思想，将所有目标进行优先级从高到低排序，并优先为较高优先级的目标分配阵面资源；遍历搜索其余所有目标，如果存在目标的方位角和俯仰角能被前述目标所分配的波束所覆盖时，则该目标复用前述目标的波束，由此仅需一个子阵(1个波束)，而传统的阵面资源分配方法需要分配两个子阵(2个波束)，这样处理就最大限度地提高了阵面资源利用率，可以在复杂对抗环境下更加灵活地适应更多目标的跟踪对抗，从而提高了装备的整体效能。效能。效能。


技术研发人员：廖崇琦 宋升金 李燕平 李森 孟航
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：2023.05.31
技术公布日：2023/9/9