基于通道合成的数字阵列通道校准方法

通道校准是数字阵雷达的重要技术之一,校准精度影响波束指向、副瓣电平等多个波束形成指标,从而影响整个雷达性能。随着数字阵列规模的不断提升,通道校准对测试时间和测试精度的要求也随之提高。文中首先介绍了一种基于通道合成的数字阵列通道校准方法原理和组成,给出了该测试方法的校准算法;然后,与传统数字阵列通道校准方法的信噪比、记录量、测试时间、幅相标准差等校准性能进行比较;最后,给出了实际测量形成的天线方向图,验证了该方法的有效性。     

通道幅相误差对数字阵列天线性能影响及校准

为实现低副瓣数字阵列天线性能,需要对阵面通道幅相误差进行校准。针对此问题,定性分析了通道幅相误差、阵面通道数与数字阵列天线主要性能(副瓣电平、波束指向、增益)的相对关系,分析结果表明:通道间幅相误差越大,副瓣电平、波束指向、增益越差;通道数越多,副瓣电平、波束指向受通道误差影响越小,而增益受通道幅相误差的影响与阵面通道数无关。结合数字阵雷达实际使用中阵面通道幅相误差修调问题,重点研究了通道误差测量方法。给出了利用内监测法和中场测量法进行通道误差测量的原理、实现方法及适用条件,该2种通道误差测量方法可以作为互补手段使用。最后,给出了一种基于多次测量取平均值的数字阵列幅相误差校准方法,仿真结果表明:校准前后,通道幅相误差分别由2 d B和20°变为0.4 d B和2°,满足指标要求。     

一种相控阵雷达的收发通道监测方法

相控阵天线阵面的收发通道监测在阵面的测试和工作过程中有重要作用,通过监测可发现天线阵面中存在异常的通道,从而可以避免故障通道影响天线阵面的性能。本文仿真了收发通道中幅度相位误差对天线方向图的影响,给出了相控阵雷达收发通道的常规监测方法,外监测法和内监测法。在某雷达上设计实现了一种基于内监测法的收发通道监测方法,并验证了其有效性。     

基于模糊控制的自适应幅相补偿控制系统

针对数字阵列在使用过程中存在的性能退化问题,利用模糊控制相关理论建立了自适应幅相补偿控制器模型,并设计了新型数字阵列自适应幅相补偿控制系统。该控制系统能够智能、实时地对数字阵列进行监测,并根据阵面状态对各通道幅相进行动态调整,实现数字阵列性能的优化。该系统在未来数字相控阵雷达设计中具有很大的工程意义。     

LabVIEW与MATLAB混合编程在数字天线阵列测试中的应用

数字天线阵列由于其众多的优点使其在军事和民用领域都得到了广泛的应用。但是阵列系统的多天线单元和多收发通道必然带来阵列系统的误差,这些误差会影响系统的性能,所以必须对其进行校正。在虚拟仪器系统开发平台——LabVIEW上编制具有友好人机交互界面的数据采集和监视VI(虚拟仪器);利用MATLAB强大的数据处理能力进行数据分析。并通过LabVIEW调用MAT-LAB Script节点和COM组件法进行LabVIEW与MATLAB的混合编程,实现了阵列天线测试过程中的通道监视、数据采集和验证,最终完成了数字天线阵列的测试工作。     

一种相控阵天线小面阵波束评估方法

大规模相控阵天线的综合问题是相控阵天线领域的技术难点,引入了一种实物测试与理论推导相结合的评估方法,通过分析小型阵列的方向图特性以评估大型阵列辐射性能。选取合适的小面阵规模,对阵中单元的方向图指标进行分析,通过仿真和测试的方法得到小型阵列的方向图特性,并借此通过理论推导的方法对大型阵列的辐射模式进行分析,快速便捷地得出其辐射特性。提出了小面阵试验应具备的硬件条件及测试方法,通过实物样机进行了测试验证。     

基于数字波束形成阵列天线低副瓣实现方法研究

在阵列天线数字波束形成系统中,天线的副瓣性能是很重要的,低副瓣阵列天线是实现现代高性能通信的关键技术之一.本文对等三角形排列的多个阵元的几种幅度加权方法进行研究比较,通过仿真选择一种获得低副瓣电平的最优方法.     

数字阵列天线测量方法研究

提出了数字阵列天线应测量的技术指标体系。基于数字阵列天线各通道的幅度相位可控,推导出了数字阵列天线方向图的中场测量公式。在已知数字阵列TR组件接收电路增益的基础上,给出了数字阵列天线接收增益测量方法。为避免分别测量数字阵列天线的有源电压驻波比和发射增益,给出了等效全向辐射功率的测量方法。实验结果验证了数字阵列天线方向图和接收增益测量方法的正确性。     

零中频接收数字阵列镜像抑制的性能分析与方法

为了解决零中频接收数字阵列波束合成的镜像抑制问题,从推导单通道零中频接收模型出发,首先给出了零中频接收数字阵列的数学模型,然后对同时存在通道间幅相误差、通道内I/Q不平衡误差时的阵列波束图、波束合成的镜像抑制性能进行理论分析。依据分析结果,阵列各通道引入随机辅助相位,提出了一种无需对通道内I/Q不平衡误差进行测量、波束合成输出镜像抑制比与阵元个数有关、适合于大规模数字阵列的波束合成镜像抑制方法。仿真实验验证了本文理论分析和所提方法的正确性。     

随机误差对数字波束形成系统性能的影响

文中针对数字波束形成系统,推导出阵列天线的通道幅相误差和阵元位置误差对波束方向图的第一副瓣、零陷深度及半功率波束宽度影响的一般规律。并且对数学公式进行了详细的推导。分析与仿真结果表明：随机误差对波束方向图性能的影响主要与天线阵列的权系数和阵元数目有关。     

相位误差对相控阵天线影响分析与改进

为减少相位误差对相控阵天线的影响,介绍了相控阵天线数字移相器相位量化误差产生的原理,分析了相位量化误差对相控阵天线波束指向精度和天线波束性能的影响。为改善这一情况,提出采用递推比较补偿馈相法代替传统的确定性馈相法,通过对2种方法进行比较分析,证明在不改变硬件的条件下,递推比较补偿馈相法能够减少相位量化误差的影响,降低波束指向误差的极大值和均方差,提高相控阵天线的指向精度和波束性能。     

有源阵列天线系统可靠性计算方法研究

简述了系统可靠性指标的基本概念。运用系统可靠性方法,建立了有源阵列天线系统的可靠性数学模型。运用概率统计的方法推算出了有源阵列天线系统的可靠性分配和可靠性预计公式,提出了计算有源阵列天线系统可靠性的一种简单方法。从计算结果看:由于有源阵列天线系统的通道单元是由多个单通道组成的冗余备份系统,其可靠性得到了很大提高;为减少设备维修工作量,必须对单通道进行高可靠性设计。     

基于近场测试的相控阵天线自动化校准 与阵面监测方法

相控阵天线装配好之后,由于各组成部件机械加工误差、装配误差、部件老化更换和环境温度改变等因素,各 单元通道的初始幅相产生差异,因此必须对天线的所有系统进行校准。本文针对小型化相控阵平台,通过硬连接将相控 阵天线的波控系统与测试设备相结合,提出一种简便的自动化近场逐点校准方法。同时,本文还提出一种简单的外监测 方法。当相控阵天线工作期间,可对阵面的幅相分布进行监测。可在相控阵天线工作期间,对近场幅相校准数据进行修 正,达到阵面自身校准的目的。经对一个16阵元的相控阵天线进行实验测量可知,该自动化校准与阵面自身校准方法可 以准确、快捷测试出天线阵面的幅相分布。非常适合一维、二维相控阵天线,尤其是小型化相控阵天线的幅相校准与监 测。     

直线阵列数字波束形成技术

基于直线阵列天线体制,介绍了数字波束形成(Digital Beam Forming,DBF)技术的原理、系统组成和实现方法,给出了详细的公式推导,对数字波束形成的正交校正、通道一致性校正和波束形成等关键技术进行了描述,并说明了关键技术的有效解决方法。结合工程实践,提出用现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)相结合的架构来完成数字波束形成板的实现方式,并对数字波束形成板的工作模式和工作流程做出了详细说明。所给出的理论和方法都是通过实践检验的,具有一定的实用性。     

阵列单脉冲比幅和干涉仪测向精度比较

数字阵列系统通过对每通道信号单独采集,运用灵活的数字信号处理方法易于采用多种方法实现相同的系统功能。针对数字阵列条件下不同测向方法比较问题,分析比较了单脉冲比幅测向和干涉仪测向的最优测向精度。通过分析不同测向方法的最优测向精度、阵列增益和单元增益之间的关系,推导出了数字阵列条件下两种测向精度的对比结果。结果表明：当天线单元数目与阵列合成损耗之比小于8时,干涉仪具有更优的测向精度;反之,单脉冲比幅具有更优的测向精度。     

相控阵天线模式项散射特性研究

相控阵天线是隐身武器平台的重要散射源。该文通过相控阵天线散射模型对其模式项宽带散射特性进行仿真计算,并采用旋转目标散射中心成像方法对天线RCS仿真数据进行微波成像,研究了相控阵天线模式项散射的基本规律,并得到其散射中心分布图。仿真结果表明,相控阵天线斜置和天线端口阻抗匹配可大大减小威胁区域内模式项散射。研究结果对相控阵天线模式项RCS缩减工作具有良好的指导意义。     

数字阵列天线接收波束形成方法及实验研究

针对数字阵列天线的发展需求,介绍了用快速傅里叶变换法、数字混频低通滤波法、多相滤波正交下变频法等3种数字接收机通道内信号的幅度、相位计算方法,给出了数字阵天线接收通道的内校准法和外校准法,以及校准后的天线方向图计算公式,并用实验结果检验了上述方法的有效性。     

智能天线阵列误差校正算法的实验验证

阵列误差的校正是智能天线技术实用化的关键所在。对各种阵列误差进行了深入分析并建立了数学模型。阵列误差可以用一个误差矩阵来表征,通过对误差矩阵的估计,能够恢复理想的阵列流型。实验结果表明,这种阵列误差校正方法能够有效减小各阵元通道之间的差异,改善了系统的性能。     

The Expanded Very Large Array

In almost 30 years of operation, the Very Large Array (VLA) has proved to be a remarkably flexible and productive radio telescope. However, the basic capabilities of the VLA have changed little since it was designed. A major expansion utilizing modern technology is currently under way to improve the capabilities of the VLA by at least an order of magnitude in both sensitivity and in frequency coverage. The primary elements of the Expanded Very Large Array (EVLA) project include new or upgraded receivers for continuous frequency coverage from 1 to 50 GHz, new local oscillator, intermediate frequency, and wide bandwidth data transmission systems to carry signals with 16 GHz total bandwidth from each antenna, and a new digital correlator with the capability to process this bandwidth with an unprecedented number of frequency channels for an imaging array. Also included are a new monitor and control system and new software that will provide telescope ease of use. Scheduled for completion in 2012, the EVLA will provide the world research community with a flexible, powerful, general-purpose telescope to address current and future astronomical issues.