基于自适应旁瓣对消的测角研究

自适应波束形成(ADBF)和自适应旁瓣对消算法都能够很好地抑制旁瓣干扰,但是由于干扰协方差矩阵的影响,ADBF在抑制干扰同时给和、差单脉冲测角带来误差.文中针对自适应旁瓣对消算法,系统研究了其在和、差单脉冲测角中的应用,着重分析了辅助天线中的目标信号对测角性能的影响.理论分析和仿真结果表明,辅助天线中的目标信号对测角的影响主要存在于辅助天线的增益大于差波束增益的角域,而在其他角域,影响很小.     

一种基于GSC的自适应和差测角方法

在阵列信号处理中,通常利用和差波束估计目标角度,存在干扰时自适应波束形成在干扰方向形成零陷、和差波束的主瓣方向图产生畸变、和差波束比与普通波束形成存在偏差、角度估计结果误差较大等问题。为解决上述问题,开展了无需校正的自适应和差波束测角研究,提出一种基于广义旁瓣相消器的和差波束双通道结构,该结构可以在抑制干扰的同时保持主瓣波束方向图,角度估计结果精度高。仿真结果表明,提出的方法在有效抑制干扰的同时,保持了良好的单脉冲特性。     

耦合本振阵列的旁瓣抑制技术研究

论文以耦合振荡器阵列作为本振阵列,提出天线阵列接收波束具有旁瓣抑制的扩展结构,推导了其接收波束形成的方向图函数,分析了该接收波束旁瓣抑制技术的可行性,并通过计算机仿真验证了旁瓣抑制技术的理论分析结果,为耦合振荡器阵列在接收技术上的应用提供了理论基础。     

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。     

基于耦合本振阵列的旁瓣抑制技术研究

以耦合振荡器阵列作为本振阵列,提出具有旁瓣抑制的接收波束天线阵列扩展结构,推导了其接收波束形成的方向图函数,分析了该接收波束旁瓣抑制技术的可行性,并通过计算机仿真验证了旁瓣抑制技术的理论分析结果,为耦合振荡器阵列应用于天线接收的干扰抑制技术提供了理论基础。     

主/旁瓣干扰对单脉冲测角的影响分析

存在干扰的情况下,采用自适应阵列信号处理可以有效地抑制干扰.在对单脉冲特性曲线的影响因素进行分析的基础上,研究了基于单脉冲比的最大似然法角度估计算法及干扰情况下的单脉冲测角技术,对线性约束最小方差单脉冲算法进行了仿真分析,仿真过程中采用泰勒加权以降低和波束旁瓣.结果表明,将主瓣内的干扰置零,会导致和差波束的畸变.和差波束的畸变导致在单脉冲特性曲线中出现奇异值,奇异值将导致在一个检测单元内的角度估计模糊.     

自适应和差波束形成与单脉冲测角研究

和差单脉冲测角是雷达中常用的测角技术,但是当存在外界强副瓣干扰时需要采用自适应和、差波束形成抑制干扰,然后进行和差单脉冲测角.文中首先讨论了自适应和差波束的增益和抗干扰性能,指出自适应和差波束通过在方向图干扰方向置零来抑制干扰,和波束在波束指向上取得相干积累增益,而差波束在波束指向上的响应为零.然后对自适应和差波束的波束比进行分析,发现理想情况下自适应和差波束的波束比与静态和差波束的波束比近似相同,仿真实例验证了这一点.     

相控阵的两级子阵级加权方法研究

研究相控阵雷达的两级子阵级加权方法.其中第1级子阵级加权用于抑制差波束旁瓣,与Bayliss加权相比,降低了硬件成本与复杂度.第2级子阵级加权用于对和、差波束进行自适应干扰抑制.给出基于修正导向向量的方法,可有效抑制自适应方向图的旁瓣;且具有实现简单的优点,与基于预处理的方法相比有效降低了运算代价.采用修正导向向量与最优波束形成器的结合方法,提高了旁瓣抑制的灵活性;可在较好抑制旁瓣的同时,得到与最优波束形成器非常接近的SINR.仿真结果证明了所提出方法的有效性.     

遥测地面自跟踪天线的设计

由于武器和航天事业的发展，对遥测系统的要求越来越高，设计了一款工作在2.2～2.3 GHz频带内的遥测地面自跟踪天线，该天线包括天线阵列和双圆极化和差网络两部分。天线单元增益大于8 dBic, 4×4天线阵列增益可以达到18 dBic。双圆极化和差网络很好地实现和差波束并可以同时实现左旋圆极化和右旋圆极化。其中和波束用来接收信号，差波束用来追踪，保证目标不丢失，能够实现很好的导弹实时追踪。通过测试，遥测地面自跟踪天线各项指标满足设计要求，能够准确实现自跟踪功能，且在恶劣条件下可以全天候正常工作。     

一种高增益低旁瓣双贴片微带天线阵

设计了一种可工作于Ku波段的高增益、低剖面的准空气微带阵列.天线阵列整体采用分层的准空气微带结构,每个天线单元采用双贴片单元结构以提高天线增益、抑制交叉极化,最终提高了组阵的效率和增益.在阵列天线中采用台阶式分块馈电,有效地抑制了旁瓣电平.最后通过仿真计算设计并实际制作了64单元阵列天线,实验结果和仿真结果吻合良好,阻抗带宽达到17.54%,中心频率14.25 GHz时增益达到24.5曲,E面旁瓣低于-18 dB,H面旁瓣低于-12 dB.     

相位和差单脉冲相控阵天线方向图仿真与性能分析

以相位和差相控阵为例对和差方向图仿真进行研究,给出了相位和差单脉冲相控阵天线方向图仿真模型。以幅度加权为例,给出了和差方向图的数值仿真结果,并分析了方向图波瓣分布特点。对相位和差相控阵单脉冲测角原理、测角性能曲线和测角误差原因进行了分析。天线方向图计算机数值仿真方法可以为天线系统设计和天线参数测试提供参考。实践证明该仿真方法是非常有效的,并在实际天线测试和性能分析中得到应用。     

增加副瓣抑制机制的阵列天线波束赋形遗传算法研究

基于遗传算法的激励优化算法是求解阵列天线波束赋形问题时常用的激励求解算法。传统遗传算法在优化阵列天线激励时,对阵元天线方向图矢量叠加获得阵列天线合成方向图后,与目标方向图做相似度判断,经过多次运算获得满足设计要求的激励值。然而算法中通常不关注赋形结果的副瓣抑制,导致阵列天线波束赋形结果副瓣抑制效果不理想。该文提出一种基于一组低副瓣波束线性叠加的波束合成机制,将合成方向图与目标方向图做相似对比,结合遗传算法的优化求解方法,最终获得与目标方向图匹配的合成方向图,且合成方向图具有高副瓣抑制的特性。以一款16阵元 波段微带偶极子线性阵列天线为例,该文提出的具有副瓣抑制机制的遗传算法求得的赋形波束获得了-27.5 的副瓣抑制效果,远远好于传统遗传算法求得的赋形波束-19 的副瓣抑制。     

Feed network for dual beam reflector antennas

A primary feed network for doubly curved shaped-beam reflector antennas is described which allows simultaneous signal reception on two distinct elevation plane patterns such that the underside falloff separation between a fixed lower beam and a higher beam can be substantially varied in a lossless manner. A three-element feed array is employed wherein two elements of the array are interconnected by means of a sum-difference hybrid. The sum port generates the fixed low beam while the difference port generates an orthogonal beam pattern suitable for RF combining with an independent high beam generated by the third array element. Adjustment of the combining amplitude and phase relationships permits the variation of the underside falloff separation. The fixed low beam is, of course, also used for transmission at high power. Design parameters for a typical surveillance radar application axe discussed for a linearly polarized case. Calculated antenna patterns and free-space coverage diagrams are presented. The complexities of extending the feed network concept to handle switchable linear/circular polarization cases and an integral directional beacon pattern for L band systems are indicated.     

阵列雷达幅度和差单脉冲最优设计

针对阵列天线跟踪雷达研究了幅度和差单脉冲最优设计问题,其核心就是寻找最优的波束偏置角,在保证和波束不分裂前提下使得雷达测角精度最高.本文将该问题建模为带约束的优化问题,并进行数值求解,通过参数拟合得到一般的规律,即最优的偏置角为静态方向图波束宽度的0.47倍,该结论与反射面单脉冲天线的结论相近,根据最优偏置角得到和、差波束最优权矢量.     

基于遗传算法的基站天线波束赋形设计

天线阵列俯仰面方向图的赋形设计在整个基站天线设计过程中是一项关键的技术。考虑互耦以及反射板影响的实际天线阵列,选择阵列中每个天线单元的馈电幅度和相位作为优化变量,采用遗传优化算法对天线阵列垂直面方向图的下半空间零陷填充和上半空间副瓣抑制等指标进行优化,结果满足要求,具有较强的实用性。     

数字阵雷达天线波瓣图测试方法与试验验证

针对固定式相控阵雷达在中场法或远场法中不能实时得到天线波瓣图的问题,提出了采用扫描波瓣图替代天线波瓣图进行天线测试的方法。从理论上分别推导了和波束与差波束扫描波瓣图和天线波瓣图的解析式,研究了单元波瓣图对扫描波瓣图和天线波瓣图的影响,指出了在单元波瓣主瓣范围内扫描波瓣图和天线波瓣图近似等价。仿真和试验结果 均表明:扫描波瓣图和天线波瓣图在各项性能指标上都是等价的,可用于指导雷达总体依据扫描波瓣图对天线进行验收。     

毫米波圆极化单脉冲阵列天线的研究

在腔模理论基础上分析了单阵元圆极化微带贴片天线,研究了圆极化微带阵列天线的设计方法,采用相位旋转法设计了中心频率为35.75GHz的64元圆极化微带阵列天线与平面和差结构,使天线和和差馈电处于一个平面.利用Ansoft公司的HFSS软件进行了仿真优化.经过对天线实物的测试,此天线提供了21dB的增益,具有良好的轴比和驻波比,差波束零值深度大于20dB.     

L频段共形相控阵天线研制

为满足机载系统的需要,给出了共形相控阵天线的分析和设计过程,同时研制了一种高度仅为0.14波长的准八木天线单元。利用三维电磁仿真软件HFSS对天线单元和共形相控阵进行了仿真设计,并研制了一套L频段共形相控阵天线。该天线由天线阵面、波束形成网络和波控器等构成。天线阵面由4个天线单元组成,共形安装在机头上。经实际测试,共形相控阵天线阵面的和波束在扫描范围内增益大于10 dBi,并具有较低的副瓣电平;差波束零深小于-20 dB。     

共享孔径同心圆阵稀疏交错优化布阵方法

同心圆阵列天线具有波束对称、360°方位角扫描、抗干扰能力强等优点，被广泛应用于星载、机载、舰载雷达及飞机声呐等领域。在天线孔径有限的情况下，如何进一步提高同心圆阵的孔径利用率，通过孔径的空分复用，设计出子阵稀疏交错分布的多功能同心圆阵列天线，具有较大的研究价值。利用均匀同心圆阵列天线激励与方向图函数存在二维傅里叶-贝塞尔变换关系，基于二维三次插值和密度加权，提出了一种同心圆阵稀疏交错优化布阵的方法。该方法通过对均匀同心圆阵列天线方向图采样值的频谱能量进行分析，采用三次插值的方法，实现了同心圆天线阵列方向图函数到同心圆阵元激励能量的映射转换；基于密度加权的原理，对排序后归一化阵元激励的奇偶交错选取，使得稀疏交错子阵方向图频谱能量均分匹配，实现了同心圆阵的稀疏交错优化布阵设计。仿真结果表明，该方法得到的交错子阵天线具有峰值旁瓣电平低、主瓣宽度窄且方向图性能近似程度高的优点，有效解决了同心圆阵列天线稀疏交错优化布阵的设计难题，实现了两子阵交错的共享孔径多功能同心圆阵列天线设计。     

一种旁瓣匿影天线系统设计

旁瓣匿影是相控阵雷达采用的一种典型抗干扰技术。天线系统是旁瓣匿影的核心硬件设备,其设计直接关系到匿影波束能否有效压制干扰信号。针对目前旁瓣匿影容易出现的波束覆盖穿刺等问题,文中设计了一种旁瓣匿影天线系统,它包括全向匿影天线、低噪放耦合模块。通过匿影天线与低噪放集成设计提高匿影链路的干噪比。全向匿影天线采用方位全向双极化天线设计,水平极化匿影天线采用扁波导缝隙全向天线,垂直极化匿影天线采用扁平双锥全向天线。仿真结果表明,两种天线可实现方位向水平极化与垂直极化的全向覆盖。经实测验证,匿影波束能完整覆盖主天线副瓣区,可有效提升雷达系统的抗干扰能力。