一种高效的高精度相控阵雷达工程测角方法

相控阵雷达波束宽度随着扫描角的增加而展宽,导致和差波束法测角精度降低,同时,为了解决雷达数据处理芯片存储空间小的限制,本文提出了一种高效的高精度相控阵雷达工程测角方法。该方法以频率值、S曲线系数等信息为输入,进行相应修正处理,查询参数表,求出波束内偏角量,结合波束中心指向,输出天线坐标系下的角度信息;再根据天线罩修正参数表,通过二维线性插值,计算由于天线罩折射引起的角度误差,输出最终修正后天线坐标系下的角度信息。通过仿真分析及暗室测试数据处理验证了工程测角方法的有效性。     

相控阵雷达测角误差自适应计算方法

为提高相控阵雷达和差波束法测角精度,研究了相控阵天线和差测角误差曲线的计算方法,分析了影响测角精度的不同因素.针对相控阵雷达测角误差函数随天线扫描角度变化问题,提出了任意扫描角度下相控阵天线相位中心的工程计算方法,可实时计算不同扫描角度的测角误差函数.仿真得到的测角误差曲线斜率与暗室测试得到的结果能够很好吻合,证明了算法的有效性.     

移相器量化误差对相控阵天线相位中心的影响分析

为精确预测相控阵天线相位中心的特性,研究了数字移相器相位量化误差对相控阵天线相位中心的影响.对计算相控阵天线相位中心的方法进行了论述,得出了根据远场相位分布精确计算天线阵相位中心的方法;采用该方法对一算例阵列进行计算仿真,算例阵列采用5位数字移相器,计算得出不同扫描角下天线相位中心的变化.计算结果表明:数字移相器量化误差对相控阵天线相位中心可造成显著影响,该影响与移相器位数和扫描角均有关.研究结论可用于指导高精度相控阵天线的设计.     

一维唯相位低副瓣技术研究

低副瓣是相控阵雷达的主要技术指标,使用唯相位加权方法来降低副瓣是相控阵雷达降低副瓣的常用方法之一。唯相位加权具有实现简单、应用灵活、低成本等优点。通过扰动法来研究唯相位波束综合,利用相位权值的不断扰动来寻找最优相位权值,并给出了16阵元、40阵元、80阵元的仿真结果。     

子阵级和差波束形成及测角方法研究

大型面阵采用子阵级波束形成降低了计算量和接收通道数,由于只有一套功分网络,无法有效抑制差波束的副瓣。针对单脉冲相控阵系统,在子阵级采用数字加权抑制差波束的副瓣,使用虚拟子阵差波束的加权系数对子阵级输出进行幅度修正,改善了差波束的副瓣性能。基于对称取反的子阵级差波束形成,提出了改进的基于正弦空间坐标系的和差波束测角误差曲线建立及方法,对不同频率及不同波束指向只需建分别立方位和俯仰各一条误差曲线,降低了查表运算量和数据存储需求。仿真结果验证了本文方法的可行性和有效性。     

子阵级数字波束形成抗多主副瓣干扰及测角技术

对于大型的二维相扫雷达天线阵列,数字波束形成通常在子阵上完成,以减少数字接收机的数量并降低成本。基于子阵级数字波束形成,文中提出了一种改进的自适应信号处理架构,在低成本的情况下,同时抑制多个主副瓣干扰,并保持对目标的单脉冲测角精度。首先,每个子阵内部形成非自适应的波束并转化为数字输出;再利用行和列波束的分维特性,在子阵级形成自适应波束,进行干扰抑制处理;最后,分别将各个行或列波束合成为全阵列的俯仰或方位和差波束,用于目标的单脉冲测角。与传统的四通道抗主瓣干扰相比,该方法在合成和差波束前,基于子阵级数字波束完成自适应干扰的抑制。因此,充分利用了有限的自由度,挖掘了子阵级数字阵列抗同时多个主副瓣干扰的能力。还结合相控阵雷达实例,给出了仿真结果,验证了该方法的有效性。总的来说,所提出的阵列信号处理架构,在降低系统复杂度和成本的同时,大大提高了雷达系统的抗干扰能力。     

大型相控阵天线阵面相位中心定位技术研究

介绍了相位中心的定位方法--相位梯度法,分析了大型相控阵天线远场主瓣相位特性,明确指出大型相控阵天线相位中心位于天线的口径面上.在此基础上,结合相位梯度法与大型相控阵天线相位中心的特点,推导出了大型相控阵天线相位中心的定位方程组,该方程组可直接用于大型相控阵天线的相位中心定位,最后通过求解一个非对称加权的相控阵天线相位中心的实例验证了该大型相控阵天线相位中心定位技术的正确性.     

一种低栅瓣大瞬时带宽相控阵天线的设计方法

宽带相控阵天线一般利用时延补偿技术来实现.首先分析了波束指向的偏移对相控阵天线带宽的限制.接着对子阵均匀划分、不均匀划分、部分相位加权等方法进行了全面分析和阐述.相位的确定是通过遗传算法实现的.证明了采用这些方法,阵列的栅瓣、波束指向偏移都有较大抑制,带宽相应增加,为宽带相控阵天线的设计提供了参考价值.     

最优激励下LPDA相控阵的特性分析

通过对天线阵最优激励的理论推导,得到了短波对数周期相控阵天线的激励与波束指向之间的关系,利用Matlab语言编程计算了等幅激励下不同波束指向所需的激励相位,得到了8元阵列的方位和俯仰扫描方向图。所得结果表明,可以通过对激励的控制,实现阵列的宽角扫描能力,这对短波LPDA相控阵的设计具有一定的指导意义。     

大垂直口径天线俯仰波束赋形设计

给出了一种大垂直口径天线俯仰波束的优化设计过程。大垂直口径天线由10个辐射阵元构成,可以看成为一个阵列。为使天线的辐射波束达到给定的波束要求,提出了一种改进的遗传算法及其目标函数模型,对各辐射阵元的馈电幅度和相位同时进行优化。计算结果显示,天线能够产生满足设计要求的俯仰波束。通过全波电磁仿真软件HFSS进行了验证,仿真结果与计算结果吻合,证明了所提方法的有效性和实用性。     

最优激励下LPDA相控阵的特性分析

通过对天线阵最优激励的理论推导，得到了短波对数周期相控阵天线的激励与波束指向之间的关系，利用Matlab语言编程计算了等幅激励下不同波束指向所需的激励相位，得到了8元阵列的方位和俯仰扫描方向图。所得结果表明，可以通过对激励的控制，实现阵列的宽角扫描能力，这对短波LPDA相控阵的设计具有一定的指导意义。     

一种轻巧型接收数字波束雷达系统的实现

针对数字波束相控阵雷达多通道问题,提出利用多路复用技术实现全数字阵接收多波束相控阵雷达的一种解决方案。天线阵列直接采用高频二相调制,将接收多通道直接模拟合成一路传输处理,基带提取各个天线单元回波数据信号、相位幅度加权,基带实现任意接收数字多波束。该技术突破单通道数字波束相控阵雷达接收技术,使天线体积大幅度减小,雷达系统轻巧,低成本;灵活软件配置阵列,降低调试、测试、工艺、加工复杂难度,有利于雷达综合性能提升。     

基于阵元方向图的相控阵雷达辐射源识别技术

为了实现对相控阵雷达辐射源的个体识别,分析了相控阵雷达天线的方向图形成方式,提出一种基于阵元天线方向图的相控阵雷达辐射源识别技术。通过双站侦察数据得到相控阵雷达天线阵面的指向角,进而算得相控阵雷达的阵列因子函数,经过比对接收的雷达天线方向图和阵列因子函数,得到组成阵列的天线阵元方向图,最终将计算得到的天线方向图与数据库中的天线方向图进行匹配,完成对相控阵雷达辐射源的个体识别。该方法通过提取相控阵雷达天线方向图的不变个体特征,实现了对相控阵雷达辐射源的个体识别。仿真实验结果表明所提方法能够有效地对相控阵雷达辐射源进行识别。     

基于频率分集阵列的波束形成研究

传统的相控阵列通过在每个阵元的输出接入移相器进行波束方向变换,通过调整移相器的相位范围,实现空域的波束扫描。频率分集阵列通过在每一阵元输出引入频率偏差,从而得到与传统相控阵不同的波束特性。文中对频率分集阵列的波束特性进行了详细的分析,提出了频偏相关波束概念,论证了频率分集阵列波束在空/ 时/ 频域扫描的等效性。仿真结果进一步验证了频率分集阵列的波束特性。     

平面相控阵天线和差分布馈电网络设计

大型单脉冲相控天线馈电网络的接收波束存在"和差矛盾"问题,传统的解决方案需要相当复杂的馈电网络和硬件成本。因此提出一种馈电网络设计方法,在获得接收和波束、方位差波束以及俯仰差波束低副瓣电平的同时,降低大型单脉冲相控阵天线馈电网络的复杂性。用该方法设计的3 000单元二维相扫平面阵列天线馈电网络,仿真结果为:接收和波束副瓣电平<-28 d B,俯仰差波束副瓣电平<-22 d B,方位差波束副瓣电平<-22 d B,仿真结果验证了该设计方法的有效性。     

基于非均匀子阵的双和/三差通道同时抑制主副瓣干扰

针对相控阵单脉冲雷达体制测角的情况,本文提出了一种降维双和/三差通道自适应同时抑制主、副瓣干扰的算法.该算法利用权值逼近的方法,在非均匀子阵上形成静态和、俯仰差、方位差、双差波束以及指向副瓣干扰方向的和波束,差波束、指向副瓣干扰的和波束作为静态和波束的辅助波束,双差波束作为差波束的辅助波束,根据维纳滤波原理通过对辅助波束的优化加权对消掉和波束中的主副瓣干扰信号及差波束中的主瓣干扰信号,设计出一种新的干扰抑制和测角跟踪算法.所提算法结构简单、测角精度高、能同时抑制主副瓣干扰且鉴角斜率无需修正.仿真实验和性能分析证明了所提算法的有效性和正确性.     

天线阵元相位中心的一种测量方法

分析天线阵元相位差与其相位中心的数学关系,建立了阵元相位中心的目标函数模型。基于实际的天线阵列测试系统对对数周期天线阵元相位中心进行测量,并利用最小二乘法求出阵元实际相位中心。分析比较了实测与理论的相位中心差异,结果表明:在大部分工作频率上实测结果与理论计算结果较一致,但在高频实测相位中心比理论相位中心更靠近馈电点;实际测量的相位中心能够有效地表征各阵元间实际相位关系。     

幅相误差对阵列天线相位中心的影响分析

为精确预测阵列天线相位中心的特性, 研究了阵列口径的幅相误差对阵列天线相位中心的影响.对阵列天线相位中心的求解方法进行了简要论述, 得出了阵列天线相位中心的计算方法; 采用该方法对一个算例阵列进行仿真计算, 分别引入均匀分布和正态分布的幅相误差, 计算得出不同类型幅相误差造成的天线相位中心变化.分析计算结果可以得出, 幅相误差对阵列天线相位中心可造成显著影响, 并且该影响与幅相误差分布类型和误差限有关.该研究结论可用于指导高精度阵列天线的设计.     

一种基于共形阵的自适应单脉冲测角方法

针对主瓣干扰背景下,当共形阵采用常规自适应单脉冲方法测角时,其单脉冲比曲线严重失真,导致测角精度严重下降的问题,提出了一种基于共形阵的自适应单脉冲测角方法。该方法首先对阵列进行常规自适应和波束形成,得到阵列和波束输出;然后通过施加单脉冲比约束求取自适应差波束权矢量,从而形成阵列差波束输出;最后利用输出的和、差波束实现测角。仿真结果表明,和常规方法相比,该方法能在抑制主瓣干扰的同时,较好地保证共形阵对目标方位角、俯仰角的测角精度。     

多目标方法的天线相位中心计算分析

通常的天线相位中心计算是求解单个切面内的相位中心,该方法适用于天线色散、各切面内相位中心不重合的情况。本文提出一种多目标规划的天线相位中心计算方法,通过截取主波束一定范围内的多个切面,将该区域范围内的相位中心求解转化为多目标规划的最优值问题。该方法不仅适用于单切面的相位中心求解,也适用于求解主波束范围内的相位中心。使用HFSS对一个圆极化天线进行仿真计算,并利用文中方法求解其相位中心,计算的结果证实了该方法的有效性。