(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210735712.2 (22)申请日 2022.06.27 (71)申请人 北京雷久科技有限责任公司 地址 100080 北京市海淀区海淀苏州街18 号院-2楼16层16 06 (72)发明人 王才　 (74)专利代理 机构 四川省方圆智云知识产权代 理事务所(普通 合伙) 51368 专利代理师 王悦 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) H01Q 3/30(2006.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 一种圆锥台阵列天线 波束赋形方法 (57)摘要 本发明提供一种圆锥台阵列天线波束赋形 方法， 首先， 该方法针对圆锥台共形天线阵列， 采 用相位加权法实现发射宽波束赋形。 该方法利用 期望发射宽波束方向图与阵列综合计算的方向 图构造方向图适配函数， 采用差分优化算法求解 得到发射宽波束赋形所需调制相位， 并将调制相 位输入天线阵列的移相器实现发射宽波束。 其 次， 该方法解决了四方位同时工作且 单元重叠情 况下， 发射宽波束赋形所需调制相位的优化求解 问题。 最后， 该方法给出了在发射宽波束且接收 时俯仰维阵元回波通过模拟综合为两通道数据 条件下的接收DBF系数的计算方法。 该方法能够 实现圆锥台雷达的发射宽波束赋形和接收数字 波束形成。 权利要求书3页 说明书6页 附图4页 CN 115114780 A 2022.09.27 CN 115114780 A 1.一种圆锥台阵列天线 波束赋形方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 圆锥台阵列条件下， 发射宽波 束赋形； S2、 四方位同时工作时， 单 元重叠情况下的波束形成； S3、 模数混合 二层单元条件下的接收数字波 束形成。 2.如权利要求1所述的一种圆锥台阵列天线波束赋形方法， 其特征在于， 步骤S1包括以 下子步骤： S1.1、 圆锥台阵列天线建模； 圆锥台阵列天线上底半径为rt， 下底半径为rb， 且rb＞rt， 半锥角为φ0； 圆锥台阵列天线 模型共使用M ·N阵元； 俯仰维阵列结构视为沿圆锥台母线等间隔均匀分布N个阵元的直线 阵， 相邻阵元 间距为Δd， 线阵上第n(0,1, …,N‑1)阵元距第n＝0阵元的距离为dn＝n·Δd， 线阵长度为l； 水平阵列结构等效表示为等间隔均匀分布M个阵元 的圆环阵， 在每一层圆环 阵中， 第m阵元的方位角为θm， 第n层圆环阵的半径为rn＝rb‑dn·sinφ0； 以圆锥下底平面中 心为相位 参考点构造雷达阵列坐标系， 第(m,n)阵元的坐标矢量 为： S1.2、 采用相位加权法实现发射宽波 束赋形； 根据圆锥台阵列结构特性， 雷达全方位监视。 每个方位向的监视采用方位维发射宽波 束接收多波束模式； 每个发射宽波束通过相位加权法对四分之一圆环的阵列进行波束综合 实现， 方位维使用M1＝M/4个阵元， 俯仰维N个阵元， 共M1·N个阵元； 由于圆锥台天线阵列为 轴对称结构， 每 个监视方位的方向图计算过程 一致； 发射宽波 束赋形的相位加权法的实现过程如下： (1)根据发射波 束指向， 构造期望的二维 天线方向图 θ 为方位角， 为俯仰角； (2)构造天线方向图适配函数， 并将其作为优化目标函数； 设阵列坐标系电磁波方向为 方向矢量表示 为： 远场条件下， 电磁波为平行波， (m,n)阵元与参 考点的波程差为： 波程差导 致的相位差为： 综合天线方向图函数表示 为： 其中， 为(m,n)阵元在对应局部位置处的单元辐射方向图； wm,n为阵元的相 位权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115114780 A 2加权系数， 表示 为： wm,n＝exp(jΦm,n) 其中， Φm,n为移相器调制 相位； 方向图适配函数表示 为： 其中， θp， 分别为方位角和俯仰角的离散采样角度； 为二维 加权相位矩阵； 优化目标函数表示 为： (3)采用差分进化 算法求解步骤(2)的优化问题， 得到调制 相位Φ*； (4)将调制 相位Φ*输入移相器， 实现发射宽波 束方向图赋 形。 3.如权利要求2所述的一种圆锥台阵列天线波束赋形方法， 其特征在于， 步骤S2包括以 下子步骤： 根据圆锥台阵列结构特性， 雷达同时进行四个方位向的监视； 圆锥台阵列雷达的波束 方向图由方位维四分之一圆环 区域的阵列单元确定； 四方位同时工作时， 还需考虑该四分 之一圆环阵列区域左右临近的列天线阵元对方向图综合的影响； 将二维加权相位序列Φ重新表示为 Φm为第m列的N个阵 元的相位序列Φm＝[Φm,0,…,Φm,n,…,Φm,N‑1]； 考虑左右各M2列阵元影响， 最后方向图通 过综合(M1+2M2)·N个阵元的方向图得到发射波束方向图； 根据圆锥台 阵列结构的对称性， 待优化计算的加权相位序列为： 然后采用权利要求2所述相位加权法得到调制 相位Φextend， 进而实现发射波 束赋形。 4.如权利要求1所述的一种圆锥台阵列天线波束赋形方法， 其特征在于， 步骤S3具体包 括以下子步骤： 在接收端， 圆锥 台阵列在俯仰维以模拟方式将阵元 的接收信号进 行综合， 得到俯仰维两通道数据； 然后， 利用M1×2通道数据实现接收数字波 束(DBF)形成； S3.1、 计算M1×N个阵元在接收波 束指向的波程差相位及其系数 假设接收波束指向为 代入S1.2中关于波程差导致的相位差计算方法， 得到 和系数 S3.2、 计算M1×2个通道的接收数字波 束形成系数： 计算发射相位补偿系数： 将系数 和 相乘：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115114780 A 3