相控阵天线的通道误差对数字波束形成的影响

为了研究相控阵天线的通道误差对数字波束形成的影响,首先对通道误差进行了建模,并推导得出通道间幅度误差对波束指向的影响不大,但会使波束方向图的主瓣增益降低,旁瓣电平升高;相位误差不仅会使波束主瓣增益降低,旁瓣电平抬高,还会引起波束指向偏差,最后用Matlab对此结论进行了仿真验证。     

步进频信号波束形成指向偏差与通道误差影响分析

步进频信号波束形成时存在着波束指向偏差和通道间幅相误差,并且对各个步进频脉冲是不同的,即对各步进频脉冲进行了不同的幅相调制。文中首先从理论上分析了这种调制对距离高分辨处理的影响,指出波束指向偏差会使目标距离像发生偏移,但是偏移量很小,通常可以忽略,而通道误差的影响主要是抬高了距离高分辨处理的副瓣电平。然后,对波束指向偏差和通道误差的影响进行了仿真,验证了上述结论。     

阵列天线通道误差对波束性能的影响分析

针对阵列天线通道间的误差影响波束性能的问题,分析了通道间误差的来源,并通过波束形成原理说明了通道间误差如何对波束性能造成影响。给出了幅度误差和相位误差多种组合场景作用下波束方向图的仿真结果,并分析了通道误差对波束宽度、旁瓣电平和增益等主要指标的影响。给出了波束形成过程中对通道误差控制范围的建议。     

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。     

误差对DBF零陷深度影响分析

波束置零能有效地抑制强干扰,因而成为数字波束形成(DBF)中的一项重要技术,然而由于通道误差等的存在使得零陷深度受到限制.首先提出了一种带零陷DBF的权值求解方法,然后从误差模型出发,分析了误差对零陷深度的定量影响,讨论了波束置零对旁瓣电平和比幅曲线的影响.最后通过数值方法验证了该数学分析的正确性.     

通道响应失配对DBF天线旁瓣电平的影响

本文研究了通道响应失配对数字波束形成(DBF)天线旁瓣电平的影响,然后分析了通道频率响应失配与脉冲响应失配的关系,进而得到通道间频率响应失配对天线旁瓣电平的影响。结果表明,用DBF技术实现超低旁瓣天线对通道频率匹配的要求相当高。最后计算机模拟验证了理论分析结果。     

通道响应失配对DBF天线旁瓣电平的影响

本文研究了通道响应失配对数字波束形成（ＤＢＦ）天线旁瓣电平的影响，然后分析了通道频率响应失配与脉冲响应失配的关系，进而得到通道间频率响应失配对天线旁瓣电平的影响，结果表明，用ＤＢＦ技术实现超低旁瓣天线对通道频率匹配的要求相当高，最后计算机模拟验证了理论分析结果。     

一种用PN码校正相控阵天线通道误差的新方法

为了校准相控阵天线通道间幅相误差,实现精确的数字波束形成,给出了一种用伪噪声序列(PN)码作为校准测试信号的在线校准方法(校准和通信可同时进行)。该方法由特定的校准站发送校准测试信号,被天线各阵元接收,并通过存在误差的各通道,在接收端用与发端相同的PN码作为本地信号与接收信号逐通道做相关运算,对各通道的相关峰值做比较可求出校准矢量进而完成校准。仿真结果表明,该方法可以有效校准相控阵天线通道间的幅相误差,校准后的波束方向图接近理想的波束方向图。     

星载DBF Tx射频通道幅相误差校正

为了实现精确的多波束形成,该文提出了一种补偿卫星通信多波束系统发射通道幅相误差的校正方法,该方法在发射通道中同时注入多路正交码变换的校正测试信号,通过接收多路发射机的输出信号和,在基带校正算法单元利用正交码的时间相关性和IDFT并行处理的方法,同时得到多路射频通道的校正因子,并对得到的校正因子进行了归一化处理,消除了对通道中非线性器件的影响.仿真结果表明,该方法可以有效地补偿射频通道间的幅相不一致性,校正后的波束方向图接近理想的波束方向图.     

基于遗传算法的波束形成算法研究

随着卫星导航技术的不断发展,相控阵天线在导航领域中的应用也越来越多。波束形成算法是决定相控阵工作性能的重要因素。针对卫星导航领域对相控阵天线波束形成的需求,对基于遗传算法的波束形成算法进行了研究,重点满足对均匀加权下的旁瓣抑制、窄波束形成进行了优化设计。同时,在算法设计过程中,充分考虑了器件的不理想因素带来的幅相误差,得到了良好的优化结果,提高了算法的应用性能。     

互阻抗精度对实现天线极低副瓣的限制

实现极低副瓣阵列天线需要作精确的互耦补偿.如果阵列的互阻抗(或互耦系数)矩阵确知,理论上可以精确补偿互耦的影响,从而实现极低副瓣接收。但无论是计算还是测量得到的互阻抗矩阵都只有一定的精度,这个精度最终决定了补偿效果。本文研究了极低副瓣阵列天线中互耦补偿对互阻抗精度的要求;推导出了互阻抗误差与通道幅相误差的关系;进而得到了互阻抗误差与副瓣电平的关系。     

A comparison of methods for randomizing phase quantization errors in phased arrays

Beamsteering for phased arrays normally employs electronically switchable digital phase shifters. These can only approximate to the desired phase distribution across the array, and if a straightforward rounding off is used, a periodic phase error arises which causes a pointing deviation of the main beam and introduces a parasitic sidelobe. Various methods have been given in the literature for randomizing the phase errors to reduce these problems. Here a general formula is derived to evaluate the parasitic sidelobe level for different methods. The various methods are compared with reference to 1) the parasitic sidelobe level, 2) the variances of the field pattern and the pointing direction, 3) gain reduction, and 4) any extra array hardware requirements and beamsteering unit resources.     

一种利用幅值抖动形成阵列零陷的方法

该文提出了一种在阵元关于阵列中心对称的线阵中利用幅值抖动形成零陷的方法,该方法能够在多个强干扰源方向或在较宽的范围形成深度零陷, 而不影响主瓣, 同时克服了传统幅值抖动方法零陷深度不足、旁瓣水平高的缺陷。该方法使得移相器只需用来控制主瓣方向, 加快了响应速度。仿真表明,该算法实现简单,且其性能可与复权值控制方法的性能相比。同时由于幅度抖动的对称性, 在中心对称的线阵中只需要天线数目一半的衰减器, 成本较低。     

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。     

基于旁瓣光束衍射反演的远场测量旁瓣波峰参数检测方法

针对强激光远场测量不能有效识别旁瓣光束任意方向各个旁瓣波峰参数的问题,提出了基于旁瓣光束衍射反演的远场测量旁瓣波峰参数的检测方法。对旁瓣光束图像按照选定的角度采样间隔进行量化,使用角度变换将二维旁瓣光束图像转化为全方向的一维旁瓣光束曲线集合,检测每一个角度的一维旁瓣光束曲线的各个旁瓣波峰参数,从而获得旁瓣光束任意方向各个旁瓣波峰的参数。主要优化措施为：(1)使用角度变换将二维旁瓣光束图像转化为全方向的一维旁瓣光束曲线集合;(2)检测每一个角度的一维旁瓣光束曲线的各个旁瓣波峰的参数,统计所有方向的各个旁瓣峰值,生成每个旁瓣波峰的极大值圆环;(3)统计每个旁瓣波峰极大值圆环的灰度均值,将各个旁瓣波峰极大值圆环的灰度均值与本底噪声进行比较,选择大于本底噪声1.5倍的最小波峰均值为整个旁瓣光束的最小可测旁瓣波峰信号。实验结果表明：该方法能够有效检测旁瓣光束任意方向各个旁瓣波峰的参数,任意方向上灰度极大值均值与理论值灰度极大值误差为0.477,5个波峰的极大值圆环半径均值与理论值半径之间误差小于1个像素。该方法提高了基于旁瓣光束衍射反演的远场测量的实验精度和可信度,为将来大科学装置强激光远场的精...     

基于约束差分进化的阵列置零

阵列置零的同时,阵列的旁瓣电平升高、主瓣增益降低甚至阵列指向都会发生改变,导致阵列性能降低。针对阵列置零时阵列性能降低问题,提出一种约束优化模型。在约束优化模型中不仅设置了零陷深度约束和近旁瓣电平约束,还设置了阵列期望方向增益约束及阵列指向约束。在满足约束条件下,使得阵列旁瓣电平最低。并且针对标准约束差分进化算法收敛慢,采用自适应约束差分进化(e-SADE)算法,该算法采用多种变异方式相结合、自适应地调节交叉概率和缩放因子。运用自适应约束差分进化分别通过调节阵元相位和阵列功率一定时的阵元权值求解这个约束优化问题,仿真结果表明提出的方法实现了需求的目标方向图,利用自适应约束差分进化算法优化实现阵列置零是有效可行的。     

Sidelobe suppression considerations in the design of an electronically steered IFF antenna

This paper deals with considerations in the design of an electronically steered IFF antenna which is to provide sidelobe suppression through the use of a difference beam with gain higher than that of the sum beam everywhere outside of the mainlobe region. The influence of the suppression requirement upon illumination design tradeoffs in beamwidth, sidelobe levels, and taper efficiency is demonstrated theoretically for an array restricted to 16 elements. The sidelobe suppression performance for this array, with appropriate choices for amplitude taper, number of phase shifter bits and randomizing phase function, is examined in detail for susceptibility to failures in elements, failures in individual phase shifter bits, and random phase and amplitude illumination errors. In the case of random errors, performance variability with steering direction is examined and a criterion involving the radiation patterns at both the transmit and receive RF frequencies is defined as a measure of performance. It is seen that the design analyzed is successful in reducing the corresponding performance degradation to very low levels in even the worst cases. Expressions are presented for estimating the effects of increasing the number of elements upon improvements in performance in the presence of component failures or random errors.     

幅相误差对有源相控阵天线副瓣的影响

对误差分布函数进行了理论分析,通过分析有源相控阵系统的组成,构建了其误差组成结构,并推导了误差计算公式.通过理论推导和仿真分析研究了幅相误差对有源相控阵天线副瓣电平的影响.结合误差计算公式和副瓣电平公式得到了实现所需副瓣电平的幅相误差分配方法.     

幅相校准在机载有源相控阵雷达中的应用

对于机载有源相控阵雷达,天线低副瓣是最基本也是最重要的指标要求之一。有效、实时的幅度和相位校准是保证天线低副瓣指标的主要保证措施。文中详细描述了在有源相控阵天线系统中存在的幅相误差原理,给出了对幅度和相位进行实时校准的算法,同时也给出了校准剩余误差的验证方法,并通过软件流程框图给出了实时校准的流程,最后,通过在真实雷达中的实验结果验证了该方法的可行性和正确性。