阵列多波束三坐标雷达的数字波束形成及信号处理技术研究

通过对方位上机械旋转、俯仰上进行一维相位扫描的阵列多波束三坐标雷达的研究,对其关键的数字波束形成（DBF）及信号处理技术进行了设计方法分析及仿真,结果表明设计分析方法正确且切实可行,为工程实现打下了良好的基础。     

相控阵接收多波束的数字形成方法及计算机模拟实验

本文探讨了用数字方法形成多波束的原理,提出了用数字配相网络和FFT来实现数字多波束的方法。为了验证其正确性,在DJS-130计算机上进行了模拟运算,举例给出了无噪声与有噪声情况下的四波束方向图。对这一方法的可能应用范围也有所提及,可供雷达系统方案论证参考。     

海面反射对一维相控阵天线影响的研究

海面反射引起的多径干涉效应,会造成宽波束雷达天线的俯仰波束分裂,导致雷达观测的盲区和目标跟踪丢失.文中从天线和电波传播的观点出发,分析了海面上单脉冲二次雷达询问天线的三维方向图特性,阐述了天线波束干涉的原理.详细分析海基一维相控阵雷达天线在姿态倾斜后的方位面和俯仰面干涉方向图,讨论了由于方向图变化引起的系统测角偏差,总结了降低多径影响的方法.     

基于俯仰频率分集技术的波束形成方法

传统频率分集阵列雷达在水平阵元间引入线性频率偏差,其波束在方位维与距离维具有耦合性,且存在栅瓣。针对此问题,该文提出一种基于俯仰频率分集技术的波束形成方法。首先建立俯仰频率分集阵列雷达信号模型,详细分析了发射方向图的时间依赖性和栅瓣特性。然后通过设计接收端的阵元参数,合成无栅瓣的发射-接收方向图。仿真实验验证了所提方法的有效性,所得波束在距离维与方位维无耦合,且主瓣宽度较窄。     

全空域球面数字多波束天线波束控制方法研究

为适应全空域导航星座的管理需求,提出了一种全空域球面数字多波束天线系统的方案,在全空域内同时形成多个波束,实现同时多目标测控。针对球面阵列天线波束控制问题,提出了"波束滑动扫描"算法,研究了球面阵波束交叉过渡、功率增强的方法。通过对波束方向图的仿真分析,验证了波束控制方法的可行性和正确性。     

凝视数字多波束合成孔径雷达原理

针对传统合成孔径雷达在实现高分辨大测绘带(简称高分宽幅)成像中存在的问题,文中将数字波束形成技术和合成孔径雷达结合,提出凝视数字多波束合成孔径雷达的概念。首先,将成像区域在距离和方位向分割为多个子区域进行独立成像,避免传统合成孔径雷达在高分宽幅成像领域的设计限制;然后,利用数字波束形成技术对天线阵面所有接收单元进行数字加权,在方位向和俯仰向形成多个高增益的接收窄波束,并控制接收波束实现对每个子区域的凝视观测,延长合成孔径的长度,提高成像分辨率。仿真表明,凝视数字多波束合成孔径雷达可以有效突破传统合成孔径雷达系统设计上的瓶颈,实现高分宽幅成像。     

新型宽带数字多波束相控阵天线设计

传统相控阵天线系统为实现多波束,在重量、体积、功耗等方面会有明显的增加,系统的基本可靠性也显著降低。基于软件无线电思想,利用超外差结构实现宽带信号变频,并对瞬时带宽内的信号同时进行模/数或数/模变换,再根据串口提供的每个波束方位、俯仰和频率等信息,在基带实现数字多波束形成。设计了一套S频段、瞬时宽带100MHz的数字多波束相控阵天线系统。测试结果表明,该天线可收发同时形成3个独立波束,每个波束在俯仰面0°~70°、方位面全向的扫描范围内实现EIRP值不小于40 dBm,G/T值不小于-20 dB/K的优良指标。该设计可以有效提高系统灵活性,降低系统的复杂度。     

基于方向图综合和空域插值的大型阵多波束形成技术

为了克服大型阵阵元级多波束形成的造价,复杂度和子阵级多波束形成的抑制栅瓣困难的问题,提出了一种方向图综合与空域插值相结合的方法,该方法既可以实现在任意方向上形成多个波束,又可以避免使用大量的数字权,简化了波束形成网络,具有较高的工程实用价值。计算推导和仿真结果均表明此方法是有效的。     

相位加权实现多方位合成波束的研究

在空域多个任意方位同时合成波束有利于数字阵列雷达多功能、多任务的实现.文中介绍了相同信号在空域多个方位合成波束的原理和目前采用饱和功放发射需解决的问题;在此基础上提出了用相位加权解决这些问题的方法,最后通过仿真对正常发射、相位加权方法和改进相位加权方法发射的波束主瓣增益进行了对比,验证了该方法在保持副瓣性能上的有效性与工程实现的可行性.     

幅相误差对数字波束形成系统的影响

针对旁瓣电平、波束指向等指标分析了幅相误差对数字波束形成系统的影响.根据各通道间误差的分布规律不同,给出了天线方向图的波束指向、旁瓣电平的变化情况,并且对数学公式进行了详细的推导.分析结果表明:波束形成后的旁瓣电平、波束指向偏差分别与各通道间的幅度误差、相位误差成正比,利用计算机仿真对其进行了验证,为工程实践提供了依据.     

基于脉内波束指向的单相位中心多波束星载SAR系统接收端DBF处理

该文将单相位中心多波束(SPCMB)星载SAR系统与脉内波束指向相结合,有效地解决了传统SPCMB- SAR系统方位模糊较大的问题。该文推导了接收端方位向、距离向及2维联合数字波束形成(DBF)的处理方法,并归纳出先方位向DBF后距离向DBF,先距离向DBF后方位向DBF,以及2维DBF 3种处理流程。同时分析了该系统的主要系统参数,对比了3种处理流程的数据率和计算复杂度。仿真验证了3种处理方法的有效性,并通过模糊度分析证明采用该系统能降低方位模糊和距离模糊,有效实现高分辨率宽测绘带成像。     

全空域多目标测控天线技术研究

航天技术的快速发展使得在轨飞行器的数量迅速增长,传统上基于抛物面天线的测控技术已经不能满足未来全空域内同时多目标测控的需求,为此,提出了一种解决方案,采用共形阵列天线和数字多波束形成技术,在全空域内同时形成多个波束,每个波束指向一个测控目标,实现同时对多目标的测控。根据提出的方案,研制了原理样机,进行了外场试验,结果表明样机的功能和主要技术指标与设计相符合,证明了技术方案的正确性。     

一种星地激光通信载荷预对准算法研究

提出了一种基于GPS实时轨道预报计算星地激光通信载荷预对准方位俯仰角度的算法。算法考虑了卫星在轨运动过程中卫星姿态的变化及星地载荷安装角度的影响。对算法进行了软件仿真,给出了卫星经过地面站过程中星地载荷方位俯仰角度随时间变化曲线。利用专业星地链路分析软件STK(satellite tool kit)完成了算法的对比验证,对验证结果进行了分析,结果表明,算法能够准确计算星地载荷方位俯仰指向角度,与STK软件计算结果一致,具有很高的实时性与准确度。     

一种毫米波二维电扫有源相控阵雷达

采用多波束开关馈线与相控波束扫描相结合的技术实现了一种低成本毫米波 二维电扫描有源相控阵雷达。该雷达主要包含电扫的关键组件Rotman透镜与多端口TR组件, 配以高 性能的模块化数字信号处理机。试验结果表明,该雷达能实现动目标检测与跟踪、前斜视调 频步进SAR成像与扇扫成像。     

基于四象限APD 的相位法测距系统实现跟踪可行性分析

现有的相位法测距系统均是用来测量距离的,并没有提供方位角和俯仰角相关信息以实现对目标的自动跟踪,从而使得相位法的应用受到限制。针对上述现象,在不考虑回波光斑非均匀性和噪声的条件下,提出了基于接收器为四象限APD的相位法激光测距系统实现跟踪的想法,并通过理论分析和仿真实验证明,通过对四象限的四路信号进行FFT提取幅值信息,可以计算得到方位角和俯仰角,从理论上使得相位法测距系统可以在不需要其他设备辅助的条件下自动跟踪目标。     

单快拍数据的分布式二维阵列测角方法研究

该文针对2维阵列波达方向估计问题,提出一种基于单快拍数据的分布式2维DOA估计算法。该算法首先利用每个子阵单元的单快拍数据进行2维Hankle矩阵构造;然后基于2维状态空间平衡法分别获得方位角和俯仰角子阵单元内DOA估计与子阵单元间DOA估计;最后通过解模糊算法获得方位角和俯仰角高精度无模糊DOA估计。该算法较好地解决了子阵单元内DOA估计和子阵单元间DOA估计之间的配对问题以及俯仰角和方位角之间配对问题,充分利用分布式阵列扩展阵列物理孔径特性;同时该算法可直接对相干信号和非相干信号进行处理。计算机仿真结果验证了所提算法的有效性。     

离心力对伺服系统的影响

方位在高速旋转状态下,对俯仰的位置控制难以按设定的步距角进行控制的问题,从力学上进行了理论分析和工程实验,通过理论分析和工程实验,发现该问题主要是由于方位在高速旋转时所产生的离心力分量对俯仰的运动产生的影响。工程实践表明：在实际系统中通过加大输出力矩能很好地实现对俯仰的运动控制。     

数字多波束天线的校准测试方法

针对数字多波束天线所特有的多波束性能测试和精密测距性能校准的需求,结合数字多波束天线的工作原理,分析比较了基于远场和近场的2种校准和测试方法,提出了数字多波束天线波束指向、波束电平和相位中心的修正方法,并结合实际系统完成了试验验证。试验结果表明:该测试和校准方法可高效率完成数字多波束天线系统的校准和测试工作,提高系统的测量精度,具有很强的实用价值。     

四元数在二维波达方向估计中的应用

基于四元数,本文提出了一种针对双平行阵的二维波达方向估计方法。与复数不同,四元数是一种维数更高的多元数代数。利用四元数代数理论,波达方向估计问题可以以高维的角度来求解。本文将四元数的概念引入到双平行阵接收模型中,建立了双平行阵的四元数接收模型。所提算法利用四元数的不同基之间的共同特性,对四元数子空间与信号方向矢量的正交关系进行解耦,得到仅含方位角信息的方向矢量与四元数子空间的正交表达式,并通过一维搜索估计出方位角。根据得到的方位角,算法进一步估计得到信源的俯仰角。仿真实验验证了本文所提算法的有效性。