无人机微波着陆引导设备扫描波束指向精度改进方法

无人机微波着陆引导设备为提高机动性减少了相控阵扫描天线阵元数目,使得扫描波束展宽、主瓣对称性变差,这会使原有馈相方法的扫描波束指向精度及其鲁棒性降低,设备保障能力减弱。针对这一问题,提出一种将相位循环法与改进遗传算法组合使用以提高扫描波束指向精度的方法。在各扫描指向上,每增加一个相位循环常量进行一次改进遗传算法优化,确定最终的各移相器输入值及其量化方式,克服相位循环法与基本遗传算法单独使用时的不足。仿真分析表明,组合方法产生的扫描波束指向精度优于随机馈相法以及基本遗传算法产生的扫描波束指向精度。     

相控阵天线零相位误差法的波束指向分析

受数字移相器量化相位影响,相控阵天线波束指向精度偏离预定指向.提出了零相位误差法用于改进波束指向精度的问题,并推导出零相位误差法提高指向精度的理论公式.计算结果表明,所给出的理论公式是正确和有效的.零相位误差法具有经济适用、便于实现的优点.它在现有硬件的基础上,可以有效地提高相控阵天线的波束指向精度,从而改善相控阵天线抗干扰的能力.在普遍使用的3位数字移相器情况下,波束指向的精度控制在0.012以内,大幅度提高了现有指向精度水平.     

基于反正切变换的相控阵天线相位校准方法

初始相位校准是影响相控阵天线工作性能的关键环节之一,为实现无人机微波着陆引导设备对飞行器的精确引导,需要对其相控阵扫描天线各阵元的初始相位误差进行精确估计与补偿.针对这一问题,提出一种相控阵天线初始相位校准方法.该方法在固定角度测量随阵元移相器相移值改变而变化的合成信号功率值,通过反正切变换建立初始相位误差与测得功率值的关系.对曲线拟合法、旋转矢量法以及反正切变换法的仿真及对比分析表明,反正切变换法的相位校准精度优于其他2种方法,并且工作时间缩短,从而验证了反正切变换法的可行性.     

卫通的数字移相电路设计与建模

相控阵天线利用移相器改变波束指向使其对准卫星,同时完成信息交换。每个天线阵列都要使用移相器来完成波束扫描,因此移相器的参数指标,对整个相控阵系统至关重要。设计了一款适用于大S相控阵天线的六位数字移相电路,此电路由六个相移单元级联得到,小相位与大相位分别采用加载线单元与开关线单元实现。通过ADS对移相单元建模与优化,最后得出:在1.995GHz-2.185GHz频段里,中心频点处相移差低于0.6°,插损低于1.35dB,驻波比优于1.45,仿真数据显示,此研究达到大S天线进行波束扫描的移相器的要求。     

某型微波着陆设备移相器故障诊断方法研究

针对某型微波着陆设备测试性校准时间较长,影响移相器故障诊断效率的问题,基于相控阵天线相位校准原理,通过对扫描天线阵列参数获取方法以及移相器故障诊断流程的分析,采用相位控制赋形算法计算出了扫描天线固定指向时各阵元支路的最优相移值。由于相位控制赋型算法通过测量辐射功率来调整闭合等式的权值,并且在进行每次相位寻优时都将前一次量化引入的误差计算其中,因此经过少量迭代就可得到移相器的阵列参数,缩短了测试性校准时间,进而用测试性校准所得的阵列参数与工作性校准后存入天线控制器RAM中的阵列参数相比较,快速对移相器进行故障诊断。最后通过仿真验证了该方法的可行性。     

提高相控阵天线波束指向精度的方法

针对相控阵天线波束指向受数字移相器量化相位影响而偏离预定指向的问题，从理论上研究了二可能值法对相控阵天线波束指向的影响，并导出有效实用的理论公式。计算结果表明，本文所给出的理论公式是正确和有效的。     

基于时间反演的运动阵列远场功率合成

首先从理论上分析了时间反演技术运用于运动阵列近场功率合成的可能性及存在的难点和问题建立了基于时间反演技术的运动阵列远场功率合成数学模型。基于此模型,通过对信标信号从不同方向入射情况下的回溯信号波束指向进行仿真,证实了阵列辐射的TR信号可以实现自适应回溯并且比传统相控阵方法形成的合成波束能量更加集中;通过仿真获得单元天线设置为全向天线和有方向性天线时的合成信号主瓣波束3dB宽度,排除了由于阵列与目标点间的相对切向运动导致目标点脱离合成波束主瓣波束覆盖范围的可能性;分析了随机相位误差和波束指向误差对合成效果的影响,仿真结果表明:随机相位误差对回溯信号合成波束指向影响很小,但对信号的合成效果存在一定影响,由信号多普勒频移引起的波束指向误差对信号的自适应回溯影响很小。所得结论可为时间反演技术在远场功率合成的实际运用提供一定的理论依据。     

柱面阵列天线单元相位中心的计算

为了准确确定非平面相控阵列天线在波束形成时各单元天线的相位中心,提出了一种借助三维场仿真软件HFSS计算单元天线相位中心的方法,并计算了某变指向通信天线单元天线的相位中心,研究了单元天线相位中心对天线波束形成的影响。仿真结果表明,该方法是有效的。     

一种强互耦阵列天线的校正方法

Vivaldi天线因具备优异的宽带扫描性能,被广泛应用于雷达、无线通信、测向系统等领域.由于Vivaldi天线单元组阵后存在强电磁耦合作用,使阵列方向图失真引起波束指向偏差,影响测角精度.针对相控阵天线单元间由于互耦引起阵列方向图失真,导致阵列天线波束指向产生偏差这一问题,提出了一种基于最小二乘互耦矩阵的相位校准方法对波束指向进行校正,最后采用了一组X波段的16单元Vivaldi阵列天线进行仿真实验.仿真实验结果表明,针对Vivaldi天线阵列在强互耦情况下波束指向存在偏差这一问题,该校正方法可以对该阵列天线波束指向偏差进行有效校正,为工程应用奠定了理论基础.     

全相位算法在相控阵天线幅相校正测量中的应用

相控阵天线波束的精确指向对各阵元通道幅相一致性提出了很高的要求,在实际的相控阵天线系统中,各阵元通道幅度和相位不可能完全保持一致,需要对阵列通道幅相误差进行实时地监测和校正。阵列单元校正的本质是对通道幅相误差的精确测量或估计,在现有幅相测量方法的基础上,提出一种全相位时移相位差算法。该算法需对存在时移关系的两输入序列分别进行全相位FFT,直接取主谱线的相位值无需校正即可得到输入信号的中间点相位信息,利用两序列主谱线的相位差求解信号的幅度值。由于全相位FFT具有"相位不变性",此方法能够很好地抑制频谱泄漏。仿真结果表明,该方法可有效避免第一类相位差法在不同步采样时误差较大的情形,测量结果明显优于第一类相位差法。     

二可能值法随机馈相结果的优化

针对相控阵天线二可能值法随机馈相结果的不稳定性，提出了利用二可能值法和遗传算法相结合的解决方案．线阵天线为例对二可能值法进行了分析，指出了该方法的缺点所在，并对二可能值法和遗传算法相结合的方法进行了计算机仿真．仿真结果表明，2种方法相结合后的随机馈相效果优于二可能值法，此方法大大减低了二可能值法随机馈相结果的不稳定性．     

一种合成宽带数字波束形成相控阵通道幅相误差的校准方法

在对相控阵雷达数字化单脉冲和差波束形成原理研究的基础上,给出了单脉冲比的提取模型。对通道幅相误差与角度估计精度的关系进行了分析,结果表明通道幅相误差将导致和波束主瓣畸变,增益降低,进而影响角度测量的精度;在利用合成宽带信号进行距离高分辨成像时,通道的幅相误差将会导致高分辨距离像的畸变。针对通道误差的校准提出了一种不需要注入参考信号的盲自适应校准方法,利用接收信号作为参考信号,采用改进的NLMS算法求取校准权值,在校准过程中进行通道延迟的补偿。仿真结果证明了该方法的有效性。     

TD-SCDMA系统中阵列天线的校正算法

针对TD-SCDMA系统中阵列天线通道幅度和相位不一致会影响天线系统的性能这一现象,提出了一种在加入参考信号下,结合J.C.liberti算法对阵列天线通道不一致性的校正.算法通过计算参考信号的波达方向角估计值来校正阵列天线中各参数的不一致性,并通过波束形成算法,得到通道校正后的和差波束.仿真结果表明,算法一方面提高了波达方向估计值的准确性,另一方面改善了单脉冲和差波束的瞄准精度.     

三轴稳定静止卫星赋形天线指向误差分析

对于静止轨道三轴稳定卫星,天线的指向精度是用户要求的重要指标.在卫星定点后处于工作姿态时,要求天线波束覆盖用户规定的地面区域,并满足规定的电性能指标.卫星的姿态、轨道、天线性能和总装等误差对赋形天线的指向精度均具有一定的影响.本文对影响赋形天线指向精度的各类误差的形成原因、误差数据的计算方法进行了逐项分析.研究了各类误差对赋形天线指向精度的影响,其中重点分析了姿态和轨道误差的影响,给出了相应的算法公式,并基于实际工程数据进行了算例仿真,得到卫星在正常和位保两种模式下赋形天线的指向误差数据.通过对比,仿真计算结果与卫星在轨天线方向图的实测结果具有一致性,证明了该分析思路和计算方法的有效性和正确性.     

双极化圆柱介质谐振器天线设计与实验研究

全极化数字相控阵天线具有波束扫描灵活、抗干扰能力强的优点,已成为以飞行器为载体的雷达天线领域的发展趋势之一。考虑到安装平台的限制,天线单元是相控阵天线的关键部件,研制适合工程应用的双极化天线单元具有重要意义。提出以双极化介质谐振器天线为全极化数字相控阵天线单元的设计方案;该方案具有辐射效率高、结构简单、易于馈电、体积小、极化端口隔离特性好等性能。设计了一种带有金属反射板的双极化圆柱形介质谐振器天线单元,采用全波电磁仿真软件对天线单元进行设计和优化,开展了天线单元的加工和性能测试工作。在4.95~5.05 GHz的带宽内,驻波比均小于2;天线的极化端口隔离度约为-20 d B;测试的天线波束宽度约大于80°,增益约大于6 d B,交叉极化电平约为-20 d B。天线的性能达到预期的指标要求,适合于实际工程应用。