方向回溯阵列的波束指向分析

以时间反演和相位共轭原理为理论基础讨论了方向回溯阵列的波束指向特性. 分别研究了线阵、平面阵和共形阵列在不同角度入射信号下的回溯信号波束指向,得到了幅度误差和角度误差随入射角的变化关系曲线,研究结果表明:对线阵、平面阵和共形阵列,随着入射角度的增大,阵列的波束指向角度误差和幅度误差都会增加. 最后在理论分析的基础上设计了一种球面共形阵,考虑了载体曲面对波束指向的影响,对其在空间内的波束指向进行了仿真验证,得到在16元球面共形阵入射俯仰角小于45°时,可以实现波束指向误差小于5°. 通过上述研究,进一步完善了方向回溯阵列波束指向误差理论,为方向回溯阵列设计提供了依据.     

基于微波光子的光学波束合成理论与仿真

光学波束合成技术是利用光信号作为载波携带射频信息而实现的一种新型的宽带射频波束合成技术,即用光信号来传输以及分配射频信号,实现射频信号的光波控制.文章介绍了基于微波光子的光学波束合成原理,重点介绍了光非相干和光相干波束合成架构,通过详细的理论公式推导以及软件仿真,表明上述两种光学波束合成架构可对多天线接收信号实现信号合成.针对目前大阵列天线单元系统对光学波束合成技术的迫切需求,利用光相干和非相干波束合成的各自优势,提出了一种适用于千量级天线阵列规模的光学波束合成架构,为光学波束合成技术在相控阵雷达、电子对抗等领域的应用提供解决方案.     

光纤激光阵列相干合束的研究

相干合束是获得高功率、高光束质量激光的一种重要方法。为了分析光纤激光合束的特点,通过对相干合束不同传输距离光强分布特点的模拟对比,研究了光纤激光阵列结构、相位随机抖动、光纤间距、传输距离等因素对相干合成的影响,分析了相干合成时桶中功率随传输距离的变化。结果表明,相干合成时,不同光纤激光阵列结构在传输距离较近位置光强分布差别很大;随着传输距离增加,光强分布基本都接近高斯分布;轴上点光强分布极大值个数和阵列结构环数紧密联系;各光束之间的随机相位差越小,相干合成效果越好。这些结果对光纤激光相干和束的实验研究有一定的参考价值。     

基于集成光学的波束形成以及误差分析

为了在系统设计中规避二维光子探测器(PD)阵列,基于集成光学对从空间光角度实现时延网络以及波束形成原理进行研究,通过集成光学空间棱镜组的方法进行光分束和合束,并利用空间光探测器的低通滤波效果实现射频波束的相干合成等关键技术。采用数值仿真对影响波束合成的误差因素进行分析,并与实测结果进行对比。仿真和实测结果相关误差会恶化波形质量和副瓣水平,但仍能够在±30°空域范围内和3:1的频域带宽内实现设计指向的同时四波束方向图。     

超指向性相控阵列波束形成设计与实现

超指向性相控阵列设计要求阵列具有高指向性,基于对平面阵波束形成与指向性的理论分析,提出了矢量分解阵列设计,使波束形成的方法得到很大的改进,并实现相控阵系统中各阵元发射和接收相位的精确控制.     

一种低轨卫星通信天线多工作模式波束实现技术

在分析低轨卫星通信系统中不同链路所需波束类型的基础上,将所需波束类型归纳为宽波束和可切换点波束两大类,进而提出了用一副相控阵天线来实现这两种波束的方式。以16×16单元顺次旋转切角阵为研究对象,采用最小二乘优化方法综合阵列方向图,得到对地等通量覆盖的宽波束;合理设计波束分布,采用相控阵常规的波束切换功能,得到点波束覆盖图。仿真结果表明,宽波束和可切换点波束均能实现对星下±55°范围的覆盖。相比常规的多天线方式,这种多工作模式波束实现技术大大降低了卫星系统的复杂度,降低了设计、集成、测试和维护卫星天线系统的时间和成本,降低了卫星平台天线布局的难度,因此具有重要意义。     

受激光子回波在阵列天线波束合成中的应用研究

由于孔径效应和孔径度越时间的限制,使得传统的相控阵雷达难以实现大角度扫描和大的信号瞬时带宽.把受激光子回波技术应用于波束合成,可以克服这一难题.介绍了基于受激光子回波的光学真实延时实现原理,并分析了其在阵列天线波束合成中的应用,阐述了波束合成的实现方法.     

基于波束空间的方向回溯阵列指向修正方法

针对方向回溯阵列中收发异频带来的波束指向误差, 提出了一种基于波束空间预识别的指向修正方法.从方向回溯阵列的一般模型出发, 推导频偏造成的波束指向误差, 并确定相位补偿量与接收信号角度的函数关系.通过阵元空间到波束空间的转换判断接收信号角度区间, 确定近似相位补偿量, 实现异频收发下方向回溯阵列指向误差的修正.仿真结果表明:修正后指向误差降低了一个量级并且抗噪声能力提升.相比现有方法, 本方法立足方向回溯阵列的基本架构, 实现简单, 补偿效果明显, 抗噪声能力强, 为方向回溯阵列在异频收发领域的应用提供了新思路.     

一种新型的太阳能无人机分布式相控阵天线

由于远距离传输、小口径安装、精确波束指向等诸多因素,传统的相控阵天线无法满足临近空间长航时太阳能无人机的通信需求。针对此问题,提出了一种新型的太阳能无人机分布式相控阵天线,以实现高数据率远距离传输;基于分布式阵列方法解决天线安装问题;采用基于应变测量元件的波束校正方法实现精确波束指向。设计了一种Ka频率的分布式相控阵天线,通过仿真,验证了本文提出方法的正确性。     

阵列天线自适应波束合成的光学实现

相控阵天线是雷达技术的重要发展方向之一。随着雷达信号带宽和阵列单元数目的增加,光学实延时技术的采用已成为一种趋势。介绍了一种基于受激光子回波的阵列天线实延时自适应波束合成的光学结构,从理论上详细分析了其工作原理,说明了波束合成的工作过程。     

舰载相控阵雷达的自适应波束扫描技术优化

为了提高舰载相控阵雷达的目标定位检测能力,提出一种基于二维波束域加权谱峰搜索的舰载相控阵雷达自适应波束扫描算法.采用均匀阵列构建舰载相控阵雷达相干分布源模型,以目标的方位及目标的扩展角为二维参量,建立点目标信号源的多亮点特征分布阵列,用点目标来模拟空间的分布式目标,采用自适应波束形成算法进行目标的方位、距离及DOA的联合参量估计,采用二维波束域加权谱峰搜索方法实现远场分布式目标的空间谱特征提取,根据谱峰的位置求出目标方位,实现对目标的自适应波束扫描,提高目标的定位检测能力.仿真结果表明,采用该方法进行舰载相控阵雷达的自适应波束扫描,对目标的定位准确率较高,检测性能较好,波束输出具有很好的旁瓣抑制能力,说明抗干扰能力较强.     

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。     

基于子带化的宽带数字波束形成延时补偿新方法

采用宽带信号的相控阵雷达可获得高的距离分辨率,但也面临挑战:宽带数字波束合成和自适应抗干扰。典型的宽带自适应数字波束合成架构中,首先,在基带采用分数延时滤波器实现多通道的延时补偿;然后,将宽带信号分解为许多子带,在每个子带内做传统的窄带自适应数字波束合成;最后,合成为宽带波束输出。该信号处理方法,在宽带条件下,通过宽带延时补偿实现了精确的波束指向,取得了较好的抗干扰性能。文中基于子带化方法,提出了一种新的架构,将延时补偿合并到窄带波束合成中,即用窄带的附加相移,代替了原有的多通道延时补偿单元。结果是该架构中不再需要分数延时滤波器,大大降低了计算量节约硬件资源。同时,仍然保证了宽带阵列雷达波束的精确指向。结合相控阵雷达阵列实例,文中分别采用传统架构及所提出的新架构完成宽带波束合成,给出仿真结果以供对比,证明了新架构的有效性。     

GEO SAR天线波束指向定标中的误差分析

GEO SAR因其超宽测绘带和超长的合成孔径时间,导致低轨SAR波束指向定标方法不再适用,进而采取基于多脉冲分时比幅的波束指向定标方法。本文针对该指向定标方法,结合GEO SAR星地几何关系,对卫星姿态变化、三维系统性误差以及波束指向定标方法中接收机信噪比和通道增益稳定性引入的指向误差进行了详细的推导和仿真分析。仿真结果表明,0.003°的姿态测量误差会引入0.003°的距离向指向误差和0.0033°的方位向指向误差;三维系统性误差是导致天线波束指向变化的主要误差源;当SNR≥35 dB、通道增益稳定性优于1 dB时,GEO SAR波束指向定标方法引入的指向误差小于0.001°。     

可变波束倾角的相移表面阵列研究

介绍了一种可变波束倾角的相移表面(PSS)阵列。该相移表面阵列工作在Ku频段。馈源天线波束通过两层PSS的同向运动和相对运动,实现了方位360°、俯仰0°~78°波束连续扫描。制作了PSS阵列实物,并进行了测试,测试结果与设计吻合。可变波束倾角的相移表面阵列天线具有超低剖面,是一种新型机械式相控阵天线。     

极化域空域联合匹配波束形成技术研究

针对普通相控阵雷达可能因存在天线极化失配而导致对接收信号的损失问题,提出采用极化阵列天线体制的办法。研究了完全极化情况下极化阵列雷达的波束形成技术。提出了极化域-空域联合匹配滤波方法,推导了极化阵列波束形成的具体解析表达式,并与普通相控阵雷达进行比较,得到了极化阵列雷达具备更强的稳健性:极化阵列雷达不仅能控制波束的指向,而且,还能调整极化与接收信号在极化域空域上联合匹配,增强目标信号,提高信噪比。例分析和仿真结果验证了理论模型正确性。     

畸变光束远场光强叠加特性研究

在远场将阵列激光的光强进行叠加是获取高功率激光输出的一种有效方法,由于激光在传输过程中会产生波前相位畸变,进而导致远场光强分布不匀滑。基于惠更斯-菲涅耳原理,建立了多束具有随机相位畸变的二维矩形阵列高斯光束非相干合成模型。模拟了光强合成过程远场焦斑的质量变化,计算了远场焦斑RMS和PSD与合成光束数量之间的关系。结果表明:光束非相干合成不仅能够有效提高激光的输出功率,还可以使畸变光束合成后的焦斑分布更加匀滑,提高光束的质量。     

一种能有效接收相干信号的波束形成技术

在假设事先估计得到不相关干扰信号方向的条件下,本文提出了一种能有效接收相干信号的波束形成方法.该方法首先利用估计得到的不相关干扰信号的方向构造变换矩阵,然后基于变换矩阵估计得到期望信号和相干干扰信号的合成导向矢量,最后利用得到的合成导向矢量和阵列相关矩阵求得波束形成的权矢量.计算机仿真结果证实本文所提方法基本上达到理论上的最优性能,且能快速收敛.     

随机相位误差对相控阵天线的性能影响

为了对随机相位误差对于相控阵天线波束指向精度和副瓣电平的影响进行分析,以一维均匀直线阵为模型,采用概率统计的手段对波束指向误差的数学期望、方差和峰值副瓣电平进行了推导,并对此结果进行了计算机仿真验证和比较.仿真结果表明,理论公式推导得到的结论与仿真实验的各项结果吻合良好.     

基于微波光子收发共用真时延网络的相控阵波束合成

针对相控阵雷达宽带宽角波束扫描普遍存在的孔径渡越和波束倾斜的问题,提出了一种基于微波光子技术的相控阵波束形成网络系统,该系统采用收发共用的延时方式,在保证收发波束指向高度一致的同时也减少了系统的设备量。建立了16通道的收发共用的波束扫描系统进行实验验证,实现了X频段范围内的±30°的收发波束扫描,不存在波束倾斜现象,接收和发射波束指向高度一致,结合雷达系统分时收发工作的特点,可有效提升相控阵雷达系统的扫描探测能力。