毫米波共形相控阵雷达导引头波束形成

针对毫米波圆锥台共形相控阵天线阵列低副瓣波束形成,提出了基于最优非均匀子阵划分及最优子阵激励的低副瓣波束形成方法.该方法利用多目标进化算法,先通过对整个扫描波束空间进行空间采样并形成空间采样点的天线辐射方向图,然后引入两个多目标函数对这些空间采样点的天线辐射方向图进行低副瓣约束,可获得指定扫描空间内任意角度的低副瓣波束形成.通过多目标进化算法优化子阵结构及其激励能够有效抑制辐射方向图副瓣电平.仿真实验证明该方法有效.     

多模式低副瓣阵列方向图综合方法

本文面向阵列天线低副瓣的实际应用需求,利用空时编码的思路设计加权矢量,分别提出序贯快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)方法、约束方程计算方法和优化函数求解方法,对应多脉冲低副瓣方向图综合时加权矢量时变、不变和奇偶交替变的3种不同工作模式。理论分析和仿真实验表明,序贯FFT和约束方程计算方法均能实现超低副瓣方向图(优于-50 dB),而优化函数求解方法在实现低副瓣的同时仍能保持方向图主瓣的良好性能,避免了传统方向图综合方法无法同时兼顾主副瓣性能的缺点。另外,从计算复杂度、随机幅相误差、干扰抑制等各方面综合分析了不同方法的优缺点,可为实际阵列天线的工程应用提供理论指导和技术参考。     

机体散射对共形天线阵方向性的影响

机体散射对机载短偶极子天线方向性影响的研究已见论述,然而,有关实际的机载共形天线以及共形天线阵的分析还没见报导。我们对机载共形微带天线进行了分析,进而分析了机载共形微带线阵和面阵,考察了机身形状及机体散射对其方向性的影响,得出结论如下: 1.阵中天线采用单元相位补偿可以使机身曲率的变化对天线阵方向性影响不大; 2.机体散射在某些扫描角下对天线阵方向图副瓣影响较大; 3.在水平面方向图中,机体散射对面天线的影响比线天线要小。 在研究中我们发现,参考文[1]中提出的飞机模型具有局限性。本文给出了另外一种模型,适合天线位于飞机侧面时的机体散射分析,这样就可以根据天线在机身上的位置来决定采用两种飞机模型中的哪一形式。分析证明这一模型对机载共形相控阵天线的设计具有重要应用价值。     

基于柱面共形阵列天线的快速波达方向估计

由于共形天线载体曲率不同,阵列中每个阵元的方向图的指向各不相同,这导致了阵列中各个阵元极化特性(polarization diversity, PD)的差异。因此,共形阵列天线的数学模型中考虑了不同阵元的极化特性。共形阵列实现波达方向(direction of arrival, DOA)估计的过程中,主要难点在于信源方位参数与极化状态的去“耦合”。本文利用圆柱的单曲率特性,通过合理摆放子阵中的天线阵元,结合传播算子方法(propagator method, PM)和子阵分割技术,提出了一种适合于柱面共形阵列的DOA估计方法。本文的DOA估计算法不需要天线单元方向图的任何信息,不需要谱峰搜索和参数配对,计算量较小。最后通过Monte-Carlo仿真实验验证了本文算法的有效性。     

锥面共形阵列天线相干信源盲极化DOA估计算法

针对共形天线阵列流形的多极化特点,建立了锥面共形阵列天线导向矢量的数据模型。通过合理的阵元排列结构设计,推导了锥面共形阵列天线信源解相干的空间平滑算法,解决了ESPRIT(estimation of signal parameters via rotational invariance technique)算法多信源方位估计的参数配对问题,最终给出了锥面共形阵列天线相干信源盲极化波达方向(direction of arrival, DOA)估计算法。该算法利用锥面共形载体的单曲率特性,结合ESPRIT算法参数估计的特点,在盲极化条件下实现了相干信源的高分辨DOA估计。Monte Carlo仿真实验验证了算法的有效性。     

空域滤波增益可调节的定向性均匀圆形阵列波达角估计

针对定向性均匀圆形阵列因单元天线的位置、主瓣指向及方向函数等因素造成信号来波落入天线旁瓣或零陷内, 从而导致部分单元天线接收的信号信噪比低、信息失效的问题, 首先研究了定向性均匀圆形阵列天线的方向性增益及功率波束角, 随后进一步分析了连续激励在定向性均匀圆阵远场的幅频响应, 最后提出了一种与波数无关的基于半功率波束宽度、增益可调节的空域滤波波达角估计模型。仿真实验结果表明, 与其他模型相比该模型在低信噪比下具有估计精度高、参与天线少的优点。与传统的定向性波达角估计模型相比, 当信噪比为-20 dB时, 该模型的临近空间角度分辨力明显优于前者, 并且随着可调节滤波增益至10 dB, 其临近角度的峰值隔离度可达65 dB。     

基于ESPRIT算法的柱面共形阵列天线DOA估计

由于共形天线阵列流形的多极化特性(polarization-diversity,PD),信源方位参数与极化状态的“耦合”是实现共形阵列天线波达方向(direction-of-arrival, DOA)估计的主要难点。针对柱面共形阵列天线的特点,建立了柱面共形阵列天线的导向矢量模型;通过合理的阵元排列结构设计,结合ESPRIT (estimation of signal parameters via rotational invariance techniques)算法参数估计的特点,实现了信源极化状态与方位参数的去耦合,推导了ESPRIT算法多参数估计的参数配对方法,最终提出了柱面共形阵列天线盲极化DOA估计算法。计算机Monte Carlo仿真实验验证了所提算法的有效性。     

复合加权阵列天线的研究

本文提出了复合加权阵列的概念,引入了具有普遍意义的随机阵列的广义权因子,导出了计算复合加权阵列天线的单元数目、场强方向图、功率方向图、加权效率等性能参数统计特性的普遍公式。国内外现有文献所讨论的密度渐稀阵列和相位加权阵列均可归结为本文所提出的复合加权阵列的特例。应用复合加权阵列天线将会带来降低有效成本、提高性能及增加系统灵活性等好处,具有广阔的发展前景。     

虚位技术对相控阵导引头探测性能的影响

为了研究相控阵导引头采用虚位技术后对导弹探测制导性能的影响,根据天线单元置相原理,分析了虚位条件下各天线单元的移相规律及波束指向误差产生的原因,建立了天线波束空间传播模型,根据向量空间关系推导了天线方向图数学模型,建立了子阵扫描条件下的子阵方向图表达式及综合因子方向图表达式,分析并说明了存在初始天线波束角情况下子阵扫描对量化副瓣的影响。仿真结果表明,虚位技术会带来波束指向误差,由于子阵扫描,子阵的零点位置与综合因子栅瓣位置基本重合,不会带来过大的量化副瓣电平。     

反射面表面与馈源误差对天线方向图的影响

针对反射面天线误差信息对电性能影响的问题,提出了包含馈源相位中心和反射面表面的误差信息对反射面天线远场方向图影响的数学模型。该模型根据馈源相位中心误差和反射面表面误差引起天线口径面场分布的改变,利用口径场积分方法得到反射面天线辐射场的变化。然后,用所建立的模型对8 m口径的抛物面天线进行了数值计算,将天线在实际工况下的反射面表面误差与馈源相位中心误差一同引入模型中,分析了反射面天线误差信息对增益和副瓣电平影响,得到了相关数据和曲线,可为反射面天线的误差分析提供参考。     

单元极化对共形阵峰值副瓣电平影响的研究

本文研究了单元极化对共形阵副瓣电平的影响，运用一致性几何绕射理论给出了金属圆柱上任意单元极化辐射场的计算方法。对共形天线阵列的副瓣电平进行了仿真数值计算，得出了一些有意义的结论。     

低频共形阵的宽带波束域高分辨方位估计方法

针对共形布阵技术,提出了适用于低频共形基阵的宽带波束域高分辨方位估计方法。首先利用基于二阶锥规划的波束优化技术设计适用于低频共形基阵的宽带恒定束宽波束形成器,然后用设计好的波束形成器对基阵输出数据进行空域预滤波,使宽带信号的不同频率分量能无失真地通过,同时抑制旁瓣区的干扰,最后针对滤波后的多波束输出采用波束域高分辨方位估计方法估计目标方位。由于基于二阶锥规划技术设计恒定束宽波束形成器仅需要对主波束进行拟合,提高了设计精度,减小了聚焦误差,从而提高了方位估计的性能。计算机仿真和湖上实验数据处理结果验证了该方法能有效地估计出水下低频宽带目标声源的方位。     

共形阵机载火控雷达杂波建模与杂波抑制

共形阵机载火控雷达较常规平面阵机载火控雷达有着更少的负载、更好的空气动力性能及更大的扫描范围等优点。对机头共形阵火控雷达的子阵划分、方向图特性、杂波建模和杂波抑制等问题进行了研究。首先,给出了机头共形阵天线的数学模型和几何结构,依据火控雷达动目标检测需求确定了该天线工作方式和子阵合成方式,并分析了机头共形阵的天线方向图特性;然后,结合共形阵阵面结构特点分析了机头共形阵的杂波谱分布特性;最后,利用空时自适应处理(space time adaptive processing, STAP)方法对共形阵机载火控雷达进行了杂波抑制处理,并通过仿真分析了STAP方法的杂波抑制性能。     

机载共形相控阵雷达二维杂波建模与分析

分析了机载预警(AEW)雷达可能采用的横柱型和竖柱型这两种基本的共形相控阵的方向图特性，提出了其阵元的放置规律，对这两种机载侧视共形相控阵雷达的杂波进行了建模，并依此模型对这两种机载共形相控阵雷达的杂波数据进行了计算机仿真，通过杂波协方差矩阵的估计求得其空-时二维杂波谱，检验了杂波模型的准确性，所做工作将对实际的共形阵具有重要的指导意义，也为进一步研究机载共形相控阵雷达信号处理和杂波抑制的技术和方法奠定了基础。     

基于插值拟合的抛面共形阵盲极化DOA估计

共形阵的载体曲率形式复杂, 导致抛面共形阵的方向图指向不同, 而且不同天线单元的极化特性迥异。常见的圆柱阵、圆锥阵在同一母线上的极化分量是相同的，但是抛面共形阵的载体曲率是变化的，因此抛面共形阵的参数估计问题需要考虑极化分量的影响，导致无法直接用同一母线上阵元回波数据结合免搜索算法获得目标二维波达方向(direction of arrival, DOA)估计。首先，提出一种通过插值拟合思想将抛面共形阵带有极化参数的阵列流形拟合成无极化参数的阵列流形, 然后合理选择子阵对, 再利用旋转不变技术估计信号参数(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques, ESPRIT)方法实现盲极化的DOA估计, 同时给出了经过插值拟合后的克拉美罗边界(Cramer-Rao bound, CRB)。最后仿真验证了方法的有效性。     

锥面共形阵列天线的极化-DOA估计

由于共形载体曲率的影响,锥面共形阵列中的阵元不仅具有不同指向的方向图,而且具有不同的极化特性,从而使得共形阵列呈现多极化特性。利用锥面共形阵列的多极化特性,针对现有共形阵列下空间超分辨算法对信号极化参数估计缺失这一问题,结合多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)算法实现了入射信号的极化参数与二维波达方向(direction of arrival, DOA)的联合估计。算法对阵列形式无特殊要求,不需要参数配对;在此基础上进一步对算法的估计性能进行了理论分析与推导,给出了算法多参数估计的克拉美-罗边界(Cramer-Rao bound, CRB)。最后通过计算机仿真验证了算法的有效性。