大型宽带相控阵天线子阵级延时器误差分析及补偿

子阵级使用延时器是改善宽带相控阵天线波束性能常用的技术途径。在对延时器电性能误差特性分析的基础上,提出采用次级子阵延时器联合TR通道移相器和衰减器分级补偿天线系统内部射频链路的时延、幅度和相位误差的方法。通过采用两级子阵延时架构的一维大型天线阵列模型的仿真验证,表明该方法不仅可实现大带宽大扫描角大型相控阵天线的方向图高精度控制,同时降低了大时延量延时器的研制难度。     

全空域球面相控阵波束形成器的优化设计

针对目前全空域球面相控阵测控系统工程应用中波束数量、信号瞬时带宽等数字波束形成器性能和复杂度难以兼顾的问题,分析了常规波束形成方法在基于半球形结构的S频段大型共形天线阵列工程应用中的局限,给出了一种基于子阵划分的宽带数字波束形成器优化设计方法,通过优化幅相和时延补偿方式,使算法不受子阵尺寸限制,工程实现复杂度较低。系统建模和仿真验证表明该方法可以获得良好的瞬时带宽性能,具有较好的工程应用价值。     

宽带相控阵子阵划分及自适应干扰对消技术

针对宽带相控阵雷达中的关键技术如子阵划分、数字波束形成以及宽带自适应干扰对消等展开研究,给出了宽带阵列划分的准则和方法并以线性调频信号为例提出了一种数字波束形成方法和宽带自适应干扰对消算法。该方法应用数字时变相位补偿方法代替传统的时间延时单元形成主波束,降低了系统的复杂度并提高了波束形成的性能。基于拉伸处理的宽带自适应干扰对消算法对宽带旁瓣干扰和主瓣干扰都有较好的抑制作用,在强的宽带干扰下仍然可以很好地对目标进行高分辨成像。     

基于微环延时的宽带相控阵天线系统

微环作为一种典型的平面光波导回路,具有结构紧凑、性能可靠等特点,而用其制成的波导延时芯片集成度高、体积小,与其他光延时器件相比,更适合于贴近阵面安装。因此提出了一种基于阵元级微环延时、子阵级光纤延时的宽带相控阵天线系统,并在均匀线阵的情况下,对所提天线系统进行了数学建模和性能仿真。由仿真结果可知,与一般的阵元级移相、子阵级光纤延时的相控阵系统相比,所提系统能够更有效地满足电子对抗宽带宽角扫描的需求。     

基于粒子群算法的宽带真延时方向图栅瓣抑制方法

针对阵元间距大于信号波长引起阵列方向图出现栅瓣的问题,该文提出一种基于粒子群优化(PSO)算法的宽带真延时方向图栅瓣抑制方法。该方法首先定义了基于宽带真延时的阵列能量方向图,其次构造了以阵列能量方向图的最高副瓣电平作为适应度函数,最后利用粒子群优化算法优化阵元分布来实现对阵列方向图栅瓣的进一步抑制。仿真结果表明:相比于单独使用粒子群算法和单独使用宽带真延时方法,该方法对方向图栅瓣的抑制性能更加有效,在此基础上,该文还研究了阵元个数、平均阵元间距、信号时宽和信号中心频率等因素对方法抑制栅瓣性能的影响。     

基于STAP 杂波抑制的子阵优化技术

新一代相控阵雷达的天线阵列规模庞大,一般含有几百乃至上万个阵元。在阵元级实现自适应波束形成抗干扰和空时自适应处理杂波抑制,会极大地增加系统开销,甚至难以实现。在实际应用中,考虑到系统成本、信号处理运算量等因素,需要将大型阵列划分为适当的子阵,以减小接收所需通道数。文中通过子阵优化划分数学建模,研究子阵划分对干扰、杂波抑制性能的影响,探索最优子阵划分的数学求解方法,为大型阵列雷达研制提供理论支撑和工程可实现算法。     

子阵级延时的宽带相控阵技术分析

相控阵采用传统移相器会带来天线波束指向随频率发生变化的现象,阵元延时是提高宽带相控阵天线波束指向精度的重要方法,但其成本和设备量对小型化阵列不可接受,提出一种子阵间采用延时芯片、子阵内阵元级使用移相器的宽带相控阵设计方法,该方法设备量显著降低,具备工程化条件,仿真结果表明,该方法可大幅降低频率对波束指向精度的影响。     

一种基于粒子群算法的多目标子阵划分优化方法

为了降低硬件成本和系统的复杂度,子阵划分对于大型的相控阵雷达来说是必要的。传统的子阵划分方法主要针对信号处理的单一性能指标优化。针对多项指标优化的问题,本文提出了一种基于粒子群算法的子阵划分结构优化算法,相对于传统的方法能够同时优化多项性能指标,提高信号处理的性能。通过对线性阵列的划分做仿真,展示了粒子群算法对子阵级波束形成多项性能指标的提高。      

宽带相控阵天线实时延时器分级应用研究

提出了一种在宽带相控阵天线中分级使用实时延时器的方案.作为阵元级和子阵级延时器应用的折中方案,该方案对波束指向偏移的校正通过高位加低位延时器的组合应用,并选取适当高、低位延时器的数量比例来实现.在获得较好波束校正性能的同时,该方案简化了天线系统的整体复杂度,具有良好的工程可实现性.     

基于聚类算法的最优子阵划分方法研究

 系统研究了大型阵列雷达中的最优子阵划分问题.分析了权矢量逼近准则下最优子阵划分方法的理论基础,得出最优子阵划分方案是否具有邻接性的判断依据,同时提出了一种新的子阵划分方法.与传统的基于聚类算法的子阵划分方法相比,新方法能够进一步减少权矢量逼近误差,获得更优的波束性能.在给定面阵结构及和差波束形成框架下,对提出的新方法进行仿真分析,并与两种传统的子阵划分方法相比较,验证了新方法的有效性.     

宽带相控阵天线延迟线分析

采用频率无关移相器的相控阵天线的波束指向会随频率发生变化,实时延迟线是提高宽带相控阵天线波束指向精度的重要方法。分析了子阵级采用延迟线,单元级使用移相器的宽带相控阵天线副辫特性,发现当工作频率改变时,由于阵列存在周期相位误差导致天线副瓣电平抬高。针对此问题,提出单元级精细延迟线方案,消除周期相位误差对天线副瓣的影响。仿真结果表明,这种方法在扩展相控阵天线带宽的同时,明显改善了天线的副瓣特性。     

Design of phased arrays in terms of random subarrays

Analysis and systematic design of uniform phased arrays with subarrays of unequal sizes are absent from the literature, in spite of the appeal of such architectures to wide-bandwidth beam steering. Unequally sized subarrays are expected to outperform identical, contiguous subarrays in terms of array grating lobes, A uniform linear array that is divided into contiguous subarrays of random sizes is studied. Each array element is connected to a phase shifter, and each subarray is implemented with a common time delayer. Closed-form expressions for the average array factor and the variance of the array factor are developed. These expressions enable the formulation of a design procedure that includes the estimation of the peak-grating-lobe level in terms of the probability that the grating lobes will exceed a desired level     

宽带宽角数字阵列雷达发射波束形成技术

在大扫描角的情况下,大孔径相控阵采用移相方法发射不出去宽带高分辨波形。宽带相控阵波束形成通常采用模拟时延单元,但它的量化误差及硬件的高代价阻碍了进一步应用。在基于子阵划分和发射为线性调频信号的前提下,提出了宽带数字阵列雷达发射波束形成方法,同时给出了几种实现框图并对性能进行分析。最后,计算机仿真结果证实了给出的几种宽带数字阵列雷达发射波束形成方法具有易于实现和良好的性能。     

基于K-means聚类的相控阵任意形状波束子阵综合方法

传统相控阵由于设计复杂性和成本过高,已经不能满足日益增长的应用需求,子阵划分等技术较好地解决了这个问题。本文提出一种任意形状波束相控阵子阵综合方法,在激励匹配策略下,将子阵综合问题转化为一个子阵布局优化问题,而子阵的复激励可解析地从参考阵列激励计算得到。利用一种无监督聚类K-means方法对子阵布局优化问题进行求解,该方法能同时对子阵的激励幅相进行优化,增加了子阵综合的自由度和灵活性。在任意形状波束子阵综合数值算例中,通过与传统智能优化方法在方向图逼近、激励匹配代价函数、阵列性能参数及计算效率等方面的比较,验证了所提方法的有效性。     

有源相控阵天线瞬时宽带性能改善研究

采用无色散特性的模拟或数字移相器会导致天线波束指向随频率发生变化,即相控阵天线的孔径效应。工程上一般在子阵级别上采用色散特性的实时延迟线拓展相控阵天线瞬时带宽,但是子阵级延时量化误差会产生周期性栅瓣,导致天线副瓣性能恶化。文中提出在通道(或多通道收发组件)上设置小位延迟线、与子阵级大位延时线叠加使用,消除或改善子阵级延时误差造成的性能恶化。结合X波段有源二维阵列天线,对单元级、子阵级、子阵+单元两级三种情况进行了仿真。仿真结果表明,子阵+单元两级延时方法在扩展相控阵天线瞬时带宽的同时,能明显改善相控阵天线的副瓣特性,且具有较强的工程可实现性。     

某C波段收发子阵系统设计

本文以有源相控阵雷达为应用背景,介绍了一种利用MMIC技术和MCM工艺技术实现小型化、高可靠的C波段T/R组件的具体实现方法,进而实现收发子阵系统的一体化设计。采用变频形式的收发子阵系统设计,大大简化馈电网络,有效提高阵面的集成度和可靠性。通过实验验证,设计取得良好的效果,为高密集度、集成化的收发子阵系统设计积累了经验。     

非规则子阵分层设计及阵列波束性能分析

相控阵系统的成本控制一直以来是其大规模、批量化应用的瓶颈问题。文中提出了一种基于非规则子阵的阵面分层设计方案,实现低成本控制的同时保证一定的阵列波束性能。首先,通过阵元栅格理论建模及凸松弛优化求解找到首层子阵的布局方案;然后,将其作为二级超阵简单拓展至整个阵面,并针对不同结构方案分析了相应的波束扫描电性能指标。仿真试验表明:所提方法在有限视场扫描背景下能够有效抑制栅瓣,同时,其模块化布局保证了工程便利性。     

一种子阵级平面相控阵相干源超分辨新方法

二维子阵级超分辨方法对于多功能相控阵雷达具有重要意义.提出了应用于相干源的子阵级WSF的信号模型.应用简化阵列流形是降低大型相控阵校正成本与代价的十分有效的途径.为此引入子阵级加权网络并构造出基于近似高斯方向图的简化阵列流形,使超分辨测向的灵活性大大提高.该方法克服了直接简化阵列流形方法测向范围无法调整且旁瓣源不能够被完全抑制的缺陷,与基于高斯方向图的简化阵列流形方法相比,运算代价得到显著降低,而测向性能却基本保持不变.仿真结果证实了所提出方法的有效性.     

基于高斯方向图的二维子阵级相干源超分辨测向

二维子阵级超分辨测向在相控阵雷达中具有重要应用.本文研究适用于相干源的子阵级ML估计方法.提出了子阵级ML估计的信号模型.利用子阵相位中心与增益来构造简化的阵列流形,使相控阵的校正成本与代价得到较大的降低.引入加权网络对子阵输出进行后处理,大大提高了阵列处理的灵活性.构造了高斯模式的子阵方向图.与直接简化的阵列流形方法相比,基于高斯方向图的简化阵列流形方法克服了其测向范围无法调整的局限性,且能更好抑制旁瓣源.仿真结果证实了所提出方法的有效性.