基于相控阵的全空域多目标测控天线分析

基于抛物面天线的测控系统,已经不能满足全空域内同时多目标测控的需求。针对单站全空域多目标测控中存在的问题,提出了基于球面相控阵的全空域多目标测控天线体制。比较了全空域多目标相控阵测控天线形式,在研究球面相控阵天线原理的基础上,对辐射单元及子阵布局进行了分析与设计,对波束合成后的天线方向图进行了仿真。结果表明:基于球面相控阵的全空域多目标测控天线能够有效解决未来全空域多目标同时测控的需求。     

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。     

全空域测控系统数字波束形成技术研究

随着我国航空航天事业的飞速发展,无人机集群和卫星星座的出现给地面测控站提出了更高的要求。全空域多目标测控系统的建设提上日程。和其他波束形成方式相比,基于软件无线电的数字多波束形成技术在全空域测控系统中具有独特的优势,值得深入研究。介绍了全空域测控系统对波束形成设备的需求,进而提出了基于射频采样的波束形成模块的实现,并对共形球面阵数字波束形成技术进行了分析。实测结果验证了基于射频采样的数字波束形成方案的可行性。     

全空域多目标测控天线波束合成的频响特性

为了控制全空域多目标测控天线波束合成对全空域多目标系统设计的影响，研究了数字波束合成后的信号频响特性。通过分别对天线子阵以及所组成的球面阵进行数学建模，仿真得到相应波束的幅频特性、相频特性与群延迟特性，并分析了其变化原理。分析结果表明，全空域多目标测控天线波束合成频响特性与阵列流形、相控方式和扫描方式有关。研究结论可用于指导全空域多目标测控系统的设计。     

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。     

子阵协同作用的波束形成技术研究

针对平面相控阵天线波束响应随扫描范围扩大急剧下降的问题,提出了一种子阵协同作用的波束形成方法,通过该方法可以改善相控阵天线的低仰角性能,扩大相控阵天线的作用空域。介绍了一种子阵协同作用下的相控阵天线阵列,对其协同作用的波束形成进行了仿真分析。构建了该相控阵天线的试验测试环境,通过试验测试验证了该方法的可行性及正确性。     

测控通信系统球面相控阵的全空域覆盖波位设计

针对现有测控通信系统球面相控阵的波位设计方法难以满足大空域或全空域条件下的高效波位编排问题,从波束覆盖模型入手,研究了波束以及相邻波位在空域覆盖上的若干几何性质,并以此为基础提出了一种用于球面相控阵的波位设计方法。该方法以天顶方向为起始,自顶向下分圈实现设计,利用波位覆盖的几何性质以及最大化波束利用率准则计算各圈次的具体波位,从而实现全空域无缝覆盖条件下的高效波位编排。最后给出仿真示例说明波位设计方法的有效性。     

相控阵测控系统概论

相控阵测控系统是一类新的测控系统。本文介绍了这种系统的技术特点,概述了它的波束形成、分时多波束和同时多波束、自适应时-空二维滤波、单脉冲角跟踪、边扫描边跟踪(TWS)和多目标跟踪、共形相控阵和宽角扫描以及降低造价等问题。     

波束域积累检测应用研究

波束域积累检测应用于相控阵雷达一直是雷达专家的关注重点,该技术的应用可平滑雷达系统空域覆盖曲线,优化相控阵雷达时间能量编排,相应地可降低雷达系统规模及成本。介绍了波束域积累检测基本原理、性能评估准则及计算机仿真方法。在设定的仿真约束条件下,通过计算机仿真分析了波束域积累检测所带来的性能得益以及波束交叠电平、检测概率、虚警概率、波束宽度等影响波束域积累检测性能的各个因素,在此基础上提出了工程实施方面的建议。     

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。     

平面相控阵天线两维扫描波束指向漂移

揭示了平面相控阵天线宽带工作时,两维扫描波束指向漂移的规律。理论分析表明:在球坐标系下,φ方向不发生漂移,θ方向的漂移与直线相控阵天线一维扫描时相同。全空域立体扫描波瓣的仿真验证了上述结论。文章也给出了阵列单元或子阵设置数字延迟器后,扫描波束指向漂移改善的分析结果。     

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。     

球面全空域多波束天线的分析与验证

针对多星测控和高精度测量的需求,介绍了“半球面+柱面+全数字波束形成、收发一体的球形全空域多波束天线实现方案”的比较分析过程和实验验证结果。实验结果表明,采用该天线的测控系统能在实现多目标同时遥测遥控的同时大幅提高跟踪性能,测量精度与传统测控站相当,满足未来多星环境下全空域高可靠跟踪、高精度测量的要求。     

一种DBF体制卫星接收共形相控阵天线

提出了一种全数字波束合成(digital beam forming, DBF)体制卫星接收共形相控阵天线设计思路.该天线采用半球形共形阵排布方式, 阵元采用双层微带贴片天线实现宽带圆极化.在半球形的布局下, 通过判断卫星信号来波方向在球面上的投影来选择工作的阵元, 形成与来波方向一致的波束, 在全空域(—75°~75°)的仰角内可实现增益起伏小于1.5 dB的波束覆盖; 后端采用射频数字一体化设计技术, 可同时形成多个波束, 实现了一个天线跟踪多颗卫星的能力.最后加工和测试了天线样机, 验证了共形半球阵的波束形成能力.提出的天线设计思路有助于拓展数字波束体制在卫星通信中的应用, 对全空域多波束相控阵天线的研制具有指导意义.     

一种全空域电扫球面相控阵单脉冲角跟踪方法

针对目前全空域球面相控阵测控系统在过顶跟踪时存在跟踪性能下降的问题,对角跟踪系统进行建模分析,得出了常规角跟踪系统过顶性能下降原因,提出了一种基于三维直角坐标系表示的方向矢量角跟踪方法。该方法通过优化角跟踪系统架构,设计合适的角跟踪环路滤波器参数,能够避免常规角跟踪方法跟踪变量的非线性转化,从而实现对全空域无盲区稳定跟踪。仿真验证显示该方法在全空域均有很好的跟踪性能,具有较好的工程应用价值。     

舰载一维相控阵雷达波束电子稳定研究

提出了舰载一维相控阵雷达波束电子稳定的计算方法,弥补雷达波束随舰船摇摆而导致的指向偏移,取代机械稳定平台修正偏移量,满足空域覆盖.文中分析了基本的坐标变换,采用矢量旋转变换的方式研究了一维相控阵雷达的波束稳定,给出了波束稳定的计算公式,通过仿真验证了计算方法的有效性.该方法为工程实现提供理论支撑.     

相控阵雷达搜索域的最佳覆盖

相控阵雷达的独特优点是工作方式的灵活性,它在完成给定空域搜索的同时,还对可观测空域内的多目标进行跟踪。从能量和时问的观点来看,合理设计相控阵雷达的搜索工作方式对提高可跟踪目标数是很有价值的。本文对相控阵雷达天线波束排列和波束覆盖问题加以分折,从能量的利用效果来阐述波束排列和波束覆盖的合理性,并以波束覆盖损失和波束利用系数来比较几种波束覆盖方式的利弊。     

全空域多目标测控天线零点约束方向图综合方法

针对全空域多目标测控天线相互干扰的问题,提出了一种基于零点约束的全空域多目标测控天线方向图综合方法.该方法对多个干扰目标方向进行零点约束,求取逼近给定方向图的最优权矢量的闭合解,生成具有干扰抑制能力的优化波束方向图.仿真结果表明,所提方向图综合方法在维持原有给定方向图特性的前提下,可在多个方向形成有效零点.在等效2m口径全空域多目标测控实物天线对该方法开展试验验证,结果表明在干扰方向抑制能力大于60 dB,证明了方法的正确性.     

基于频率分集阵列的波束形成研究

传统的相控阵列通过在每个阵元的输出接入移相器进行波束方向变换,通过调整移相器的相位范围,实现空域的波束扫描。频率分集阵列通过在每一阵元输出引入频率偏差,从而得到与传统相控阵不同的波束特性。文中对频率分集阵列的波束特性进行了详细的分析,提出了频偏相关波束概念,论证了频率分集阵列波束在空/ 时/ 频域扫描的等效性。仿真结果进一步验证了频率分集阵列的波束特性。     

相控阵天线波束控制技术研究及仿真

相控阵雷达是通过控制阵列天线孔径的幅相分布实现波束扫描和波束形成。文中对相控阵天线波束的定位、波束展宽、深零位控制、副瓣控制等技术进行了计算机仿真,这些仿真结果可以指导相控阵天线的设计,给相控阵雷达的系统设计和天线扫描波位安排、扫描时间优化提供了依据。