宽带相控阵雷达发射多波束形成技术研究

针对宽带LFM 雷达发射多波束形成问题开展研究,设计了一种采用时变加权的低成本和低复杂度的同时发射多波束形成系统方案,并研制了一套S波段4通道的测试系统。该测试系统带宽>20%,中心频率在2.45GHz。在该系统中,波束形成和通道校正权值都通过在发射射频链路上以时(频)变加权的方式实现,实际测试得到的通道射频特性和远场方向图结果验证了该方法的技术可行性。     

一种用PN码校正相控阵天线通道误差的新方法

为了校准相控阵天线通道间幅相误差,实现精确的数字波束形成,给出了一种用伪噪声序列(PN)码作为校准测试信号的在线校准方法(校准和通信可同时进行)。该方法由特定的校准站发送校准测试信号,被天线各阵元接收,并通过存在误差的各通道,在接收端用与发端相同的PN码作为本地信号与接收信号逐通道做相关运算,对各通道的相关峰值做比较可求出校准矢量进而完成校准。仿真结果表明,该方法可以有效校准相控阵天线通道间的幅相误差,校准后的波束方向图接近理想的波束方向图。     

星载DBF多波束发射有源阵列天线

 低轨通信卫星大容量、终端小型化要求卫星采用多波束天线技术来实现高增益、宽覆盖.本文针对低轨CDMA通信系统,设计了具有近"等通量"覆盖的平面阵列多波束发射天线,该天线由61微带单元天线阵、61个发射射频通道和数字波束形成网络组成;数字波束成形网络对输入的16个波束信号进行正交化、加权处理输出61路中频信号,由发射射频通道完成上变频和信号放大,最后通过天线阵辐射出去在空间形成期望的16个赋形波束覆盖.文章详细介绍了天线的实现方法和试验结果,通过对16波束发射天线原理样机的测试,结果表明天线各指标都符合设计要求,有效验证了天线系统设计的正确性.     

下行波束形成系统的校正算法及FPGA实现

校正系统对于解决数字波束形成天线实现过程中的通道幅相失配等问题具有非常重要的意义.根据一种基于并行正交码的校正算法,采用并行化设计方法,结合先进的FPGA器件,设计了一个下行波束形成天线阵列的校正系统,并给出了该校正系统运行速度和校正效果的分析,证明了该校正系统能完全满足下行波束形成中实时校正的需求.     

宽带DBF系统多通道校正及性能分析

针对数字波束形成(DBF)技术在宽带扩频通信系统中的应用,提出了一种基于复数傅里叶变换(CFFT)的宽带多通道校正方法。采用宽带线性扫频信号作为通道幅相误差校正的测试信号,在采集实际接收机数据的基础上,分析了信噪比、频谱泄漏以及由通道校正滤波器引起的群时延对校正精度的影响。通过修正复系数FIR滤波器(CFIR)的频域响应特性可以有效消除群时延的影响。依据宽带测试信号的时域和频域特性,选择适当的FFT点数,解决了测试信号频谱泄漏引起的校正精度低的问题。理论分析与实测结果都表明了该方法的有效性。利用实际数据仿真了天线阵列波束方向图,结果显示校正后的波束图十分接近理想情况下的波束图,两者峰值增益相差仅仅0.1dB,指向误差近似为0。     

大动态范围增益可控固态放大器系统的实现

针对雷达发射多波束的需求,研制了一套基于氮化镓高电子迁移率晶体管三代半导体器件的增益可控固态放大器系统。描述了系统中微波放大模块、幅相控制和相位补偿的实现方案,分析了功率放大器栅极电压与放大器增益和输出信号相位的关系。通过幅相控制电路实现发射通道输出信号幅度和相位快速转换,满足发射多波束的需求。经试验验证,研制的大动态范围增益可控固态放大器系统,提高了效率和工作带宽,解决了传统发射多波束系统中的问题。     

通道误差对波束形成性能的影响分析

阵列信号中通道误差的存在会影响波束形成算法的性能,使其不能正常工作。通过对通道间及通道带内幅相误差建模,分析其对波束形成的影响。通过对波束形成算法理论分析并结合实际应用情况,通道间幅相误差影响波束形成的波束幅度,不影响波束相位;通道带内幅相误差,会同时影响波束幅度和波束相位。本文给出通道带内误差的校正方法,通过计算机仿真证实本文所分析结果的正确性。     

通道失配对多通道子带合成SAR性能的影响分析与补偿

通道间的不一致性会降低多通道子带合成SAR的成像性能,必须设法补偿。该文提出了一种基于原始数据的通道间幅相误差的补偿方法。在采集子带合成数据前,先发射和接收一段单一子带信号,并利用各通道信号间的多普勒谱关系来提取通道误差。它不需要借助额外的内定标通路,从而大大简化了系统设计。实测偏置相位中心方位向多波束数据处理结果表明,这种方法对于子带合成通道间的幅相补偿具有较高的实用性。     

通道响应失配对星载平面阵列多波束天线波束成形的影响

本文以星载平面阵列多波束天线为研究对象,建立了平面阵的数学模型,并给出天线的阵列方向图。研究了通道响应失配对天线波束成形的影响并给出仿真结果。分析表明:波束成形对通道响应一致性有很高的要求,必须对多通道接收机进行幅相一致性的校正。在卫星通信对多波束天线的要求下给出了幅相误差的可容忍范围,并提出了误差校正指标。     

一种子空间投影的高分辨宽测绘带SAR成像通道均衡方法

结合数字波束形成技术,多通道SAR可以有效克服天线最小面积的限制,从而实现高分辨率宽测绘带的合成孔径成像。然而通道之间的幅相误差以及基线误差等因素严重影响数字波束形成解模糊操作。该文提出了一种针对高分辨宽测绘带(HRWS)的多通道SAR通道间误差校正方法。该方法考虑了通道误差的多普勒空变性,利用信号子空间和噪声空间的正交性实现对包括基线误差,阵元误差等综合通道间幅相误差的快速优化估计。实测数据验证了方法的有效性。     

电子定标法测试天线罩瞄准误差原理之分析

论述了电子定标法测试天线罩瞄准误差的原理方法,并分析了该方法成立的理由。电子定标法的步骤依次为:收发天线机械轴对准－天线和差通道自检－收发天线电轴对准－电子定标寅无罩测试寅带罩测试－查表计算天线罩瞄准误差。电子定标原理和实测结果表明:测试过程中接收天线差电压与和电压之商,可分解为相对自检过程的共模分量和正交分量;定标过程共模分量保持不变,它决定天线的零深;正交分量随收发天线夹角变化,不受天线零深影响,其曲线为定标曲线;无罩和带罩定标曲线线性度极好,其斜率为天线差斜率;天线加装高性能天线罩后,差斜率变化微小;故可以使用无罩天线差斜率和带罩测试的和差通道电压,计算得出天线罩瞄准误差。差斜率近似引入的误差很小,电子定标法成立。     

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。     

发射多波束的非线性功放影响分析

随着雷达通信系统的要求越来越多样和复杂,多功能相控阵雷达的应用已经成为一种趋势,而数字多波束技术正是其主要的技术手段之一。对于发射系统来说,实现发射多波束存在的难点之一就是功放的非线性会对多波束的形成造成影响。因此,分析了发射多波束在无记忆的非线性功放中受到的影响,主要研究了功放的非线性影响的根源,从波束图和期望信号与干扰信号功率比的角度,将非线性对多波束的影响进行了理论分析和仿真,为实际工程中的功放设计提供了依据。     

一种发射通道校正技术的实现

高机动性是雷达的重要指标之一,而相控阵雷达会因环境条件的变化造成波束指向精度下降及雷达性能的下降.分析了导致一个由多个行线阵组成的相控阵雷达系统发射波束指向精度下降的各种因素,以及寻找发射通道初始相位不一致导致雷达性能严重下降问题的最佳解决途径,给出了发射通道实时校正的工作原理,并详细论述了发射通道校正技术的实现方法.最后,以某高机动雷达为例,应用该方法进行实时校正得到的实际效果满足雷达波束指向精度对各发射通道相位一致性的要求.     

Amplitude and phase errors calibration method in satellite-borne dynamic power allocation network

For the mobile communication satellite each beam communication traffic distribution was not balanced,leading to differences in transmission power of downlink beam.The implementation architectures of dynamic power allocation network was given,which could allocate the transmitting beam power automatically according to the traffic demand,at the same time ensured the high efficiency of power amplifier.Because the performance of dynamic power allocation network was severely impaired by the mutual coupling among signals when amplitude/phase mismatch was existed,which led to a sharp drop in beam performance.A calibration method for the amplitude and phase errors was proposed.The decoupling of calibration signal was realized by using the cross-correlation orthogonal characteristic of the orthogonal zero-correlation zone (ZCZ) sequences in the zero correlation interval,and communication was free from calibration by reducing the transmit power for the excellent self-correlation characteristic of the ZCZ sequences.Performance simulation and far field test show that under the condition that the calibration signal power is less than the normal signal 10 dB,the amplitude error is less than 0.1 dB,the phase error is less than 0.3°,and the gain loss within the main lobe is less than 0.2 dB after calibration.     

频率选择性衰落信道下一种空时分组码的直接解码

该文针对 3个发射天线,1个接收天线的空时分组码系统,提出了频率选择性衰落信道下,无需信道估计,直接对空时分组码进行解码的方法,把子空间方法应用于空时编码当中,从信号处理和空时编码两个方面考虑空时分组码的直接解码问题,利用空时分组码所特有的正交设计,较为方便地从子空间中解出信号信息,从单载波的角度,解决了频率选择性衰落下空时分组码的解码问题。Monte-Carlo仿真给出了直接解码算法的性能,并与使用准确信道信息的解码算法做了性能比较。     

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。     

宽带恒定束宽光学多波束形成技术研究（特邀）

随着电子技术的发展,恒定束宽波束形成技术在应对复杂电磁环境的宽带侦察系统中得到了广泛应用。文章研究了恒定束宽宽带光学多波束形成的原理,给出了利用窗函数获得实现恒定束宽的子带加权矩阵的方法,提出宽带恒定束宽光学多波束形成的系统方案,并通过仿真验证了所提方法可以形成方向性较好的宽带恒定束宽波束方向图。     

多注速调管电子光学系统的研究

本文比较系统地阐述了在多注速调管电子光学系统中开展的研究工作。给出了周期反转永磁聚焦系统的设计方法和设计考虑,讨论了控制极调制多注电子枪设计中遇到的特殊问题和解决方法,建立了计算电子光学系统的二维磁场和电子轨迹计算软件,并应用这些软件设计和研制了S波段200kW多注宽带速调管的电子光学系统。该管输出功率180kW,带宽7.6％,效率44.4％,增益大于45dB,电子注通过率89％,高频通过率69-83％。设计计算与实验结果有较好的一致性。