基于波阵面迭代的液晶相控阵波控数据确定方法

摘要

基于波阵面迭代的液晶相控阵波控数据确定方法，激光相控阵雷达技术领域，涉及液晶相控阵波束控制。主要包括：1)根据需要实现的偏转角度，利用传统波控方法计算出射阶梯波阵面；2)计算阶梯波阵面与理想线性波阵面的平均斜率，从而获得平均斜率误差；3)记录阶梯波阵面中所包含的台阶边沿位置，并计算各台阶边沿平移后平均斜率的变化；4)判断平移台阶后平均斜率的变化是否减小平均斜率误差，如果是则判断左移还是右移台阶边沿并进入迭代，如果否则停止迭代。本发明利用液晶相控阵出射波阵面平均斜率与角度误差的关系，通过平移台阶边沿获得高精度波控数据，和传统的波控方法相比它可以实现更高精度及更多角度的波束扫描。

主权项

1.一种基于波阵面迭代的液晶相控阵波控数据确定方法，包括以下步骤：步骤1：根据液晶相控阵需要实现的理想偏转角度θ，利用传统波控方法计算液晶相控阵出射阶梯波阵面其中第n个相控阵单元的实现的相位值为：其中M为相位0□2π内的量化台阶数，λ为光波长，d相控阵单元间距，“round”表示取与括号中的值最接近的整数值，N为相控阵单元总数；步骤2：计算平均斜率误差k_error＝K_I-k，其中k为液晶相控阵出射阶梯波阵面平均斜率，k_I为理想线性出射波阵面平均斜率且满足：$k=\frac{2\mathrm{\pi d}}{\lambda }\sin \left({\theta }_{\mathrm{stair}}\right)$其中d为相控阵单元间距，θ为理想线性波阵面对应的偏转角度即液晶相控阵需要实现的理想偏转角度，θ_stair为阶梯波阵面对应的偏转角度；步骤3：统计液晶相控阵出射阶梯波阵面中所包含的台阶边沿位置并用数组$\overrightarrow{Q}=\{a_1,a_2,···,a_{p-1}\}$记录，其中台阶边沿位置a_q定义为第q个台阶边缘左边第一个相控单元的序号，1≤q≤p且1≤a_q≤N-1，p为阶梯波阵面的台阶个数；步骤4：由公式及分别计算任意第q个台阶边沿，其位置为a_q，1≤a_q≤N-1，的台阶边沿向右或向左移一个相控阵单元后产生的平均斜率变换或其中$C=\frac{6}{N^2-1},$在相控单元总数不变的情况下C为常数，M为相位0～2π内的量化台阶数，表示第a_q个相控阵单元的权值，且$A_{a_q}=a_q(1-\frac{a_q}{N});$步骤5定义$\overrightarrow{{\mathrm{\Delta k}}_R}=\{\Delta k_{a_1\_R},\Delta k_{a_2\_R},···,\Delta k_{a_{p-1}\_R}\},$$\overrightarrow{\Delta k_L}=\{\Delta k_{a_1\_L},\Delta k_{a_2\_L},···,\Delta k_{a_{p-1}\_L}\},$由步骤4计算与中包含了所有可能的台阶边沿平移所带来的平均斜率变化，且在数组中查找所有的边沿位置，总存在一个位置为q_R，1≤q_R≤p，的台阶边沿，使得：${\sigma }_R=\min \left(\right|k_{\mathrm{error}}-\overrightarrow{{\mathrm{\Delta k}}_R}\left[\overrightarrow{Q}\right]\left|\right)=|k_{\mathrm{error}}-\overrightarrow{\Delta k_R}[q_R\left]\right|$同样也总存在一个位置为q_L，1≤q_L≤p，的台阶边沿，使得：${\sigma }_L=\min \left(\right|k_{\mathrm{error}}-\overrightarrow{{\mathrm{\Delta k}}_L}\left[\overrightarrow{Q}\right]\left|\right)=|k_{\mathrm{error}}-\overrightarrow{\Delta k_L}[q_L\left]\right|$其中“min”表示取最小值，“||”表示取绝对值，表示由数组构成的向量，“[q_R]”是q_R的向量表示，“[q_L]”是q_L的向量表示；步骤6如果σ_R＞|k_error|且σ_L＞|k_error|，代表已无法再减小平均斜率误差|k_error|，停止迭代并转到步骤7统计角度误差；如果σ_R≤|k_error|或σ_L≤|k_error|，则开始下面的迭代过程；步骤6-1如果σ_R＜σ_L，代表右移操作能够更好的减小平均斜率误差|k_error|，对q_R处的台阶边沿进行向右平移一个相控阵单元，平移操作完成后，转到步骤2；步骤6-2如果σ_R≥σ_L，代表左移操作能够更好的减小平均斜率误差|k_error|，对q_L处的台阶边沿进行向左平移一个相控阵单元，平移操作完成后，转到步骤2；步骤7计算迭代完成后的阶梯波阵面平均斜率k，然后根据理想线性波阵面平均斜率k_I与${\theta }_{\mathrm{error}}=\arcsin \left(\frac{\lambda k_I}{2\mathrm{\pi d}}\right)-\arcsin \left(\frac{\mathrm{\lambda k}}{2\mathrm{\pi d}}\right)$计算迭代完成后的偏转角度误差，并记录此时液晶相控阵出射阶梯波阵面以获得正确的加载电压代码，即波控数据。