LabVIEW与MATLAB混合编程在数字天线阵列测试中的应用

数字天线阵列由于其众多的优点使其在军事和民用领域都得到了广泛的应用。但是阵列系统的多天线单元和多收发通道必然带来阵列系统的误差,这些误差会影响系统的性能,所以必须对其进行校正。在虚拟仪器系统开发平台——LabVIEW上编制具有友好人机交互界面的数据采集和监视VI(虚拟仪器);利用MATLAB强大的数据处理能力进行数据分析。并通过LabVIEW调用MAT-LAB Script节点和COM组件法进行LabVIEW与MATLAB的混合编程,实现了阵列天线测试过程中的通道监视、数据采集和验证,最终完成了数字天线阵列的测试工作。

一种基于去斜技术的低成本宽带数字阵列天线设计与实现

宽带相控阵雷达具有高距离分辨率和多目标、群目标、高速目标的探测能力。传统宽带相控阵采用了基于真延时的方法来补偿孔径渡越效应,往往带来成本的大幅增加。本文提出了一种基于去斜处理的宽带单元级数字阵列天线系统设计方案,利用线性调频信号波形时域与频域平移等效性,在去斜后采用移频移相的方式进行了等效孔径渡越补偿。相比传统宽带数字阵列设计,该方法可降低对天线硬件的性能要求,从而大幅压缩了天线系统制造的成本。本文详细分析了去斜体制的信号处理过程和方法,研制了天线阵列原型样机,验证了收发通道补偿及宽带波束。实测结果显示,该天线样机实现了500 MHz带宽下的方位±60°、俯仰±40°电扫。实测结果表明了宽带波束性能的良好性,宽带波束指向准确,验证了本文提出的基于去斜技术的宽带数字阵列设计方案的正确性。该方法可广泛用于宽带数字阵列天线的低成本设计与宽带性能提升。

一种圆柱共形数字阵列天线波束跟踪与指向技术

针对圆柱形布阵的数字阵列天线,分析基于多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法的测角跟踪算法和基于线性约束最小方差(linear constrained minimum variance,LCMV)的波束指向算法,提出将2种算法联合使用的方法;并分析通道误差对MUSIC和LCMV算法精度的影响。结果表明,该方法为高速飞行器圆柱共形数字阵列天线工程化研制提供了理论依据。

虚拟仪器在数字阵列天线测试中的应用

在现代雷达和民用通讯领域,数字阵列天线是当前的一大研究热点。但是阵列系统的多天线单元和多收发通道必然带来阵列系统的误差。所以,天线交付前都要准确获得其相对幅相误差的分布。而一般的天线测试系统通用性较差,测试工作量大。我们利用虚拟仪器系统开发平台-LabVIEW和NI支持的数字信号采集卡,编制具有友好人机交互界面的数据采集和监视VI(虚拟仪器),可以实现阵列天线测试过程中的通道监视、数据采集,大大简化数字天线阵列的测试工作量。开发的系统极大缩减了阵列天线的测试周期。

数字阵列天线接收通道宽带信号校准与波束形成技术研究

本文提出了一种简洁、实用的天线接收通道宽带信号校准方法.该方法采用零中频信号处理技术,通过理论分析将数字阵列天线接收通道宽带线性调频信号校准分为通道间的时间和相位校准,证明了接收通道间宽带线性调频信号相位校准可以转化为单频信号进行,给出了接收通道间宽带信号的幅度校准方法和时间校准允许的误差范围.在通道校准基础上,采用脉冲压缩技术合成了宽带天线方向图.实验结果表明,本文方法是有效、可行的.

通道幅相误差对数字阵列天线性能影响及校准

为实现低副瓣数字阵列天线性能,需要对阵面通道幅相误差进行校准。针对此问题,定性分析了通道幅相误差、阵面通道数与数字阵列天线主要性能(副瓣电平、波束指向、增益)的相对关系,分析结果表明:通道间幅相误差越大,副瓣电平、波束指向、增益越差;通道数越多,副瓣电平、波束指向受通道误差影响越小,而增益受通道幅相误差的影响与阵面通道数无关。结合数字阵雷达实际使用中阵面通道幅相误差修调问题,重点研究了通道误差测量方法。给出了利用内监测法和中场测量法进行通道误差测量的原理、实现方法及适用条件,该2种通道误差测量方法可以作为互补手段使用。最后,给出了一种基于多次测量取平均值的数字阵列幅相误差校准方法,仿真结果表明:校准前后,通道幅相误差分别由2 d B和20°变为0.4 d B和2°,满足指标要求。

数字阵列天线接收波束形成方法及实验研究

针对数字阵列天线的发展需求,介绍了用快速傅里叶变换法、数字混频低通滤波法、多相滤波正交下变频法等3种数字接收机通道内信号的幅度、相位计算方法,给出了数字阵天线接收通道的内校准法和外校准法,以及校准后的天线方向图计算公式,并用实验结果检验了上述方法的有效性。

多分辨率复合数字阵列天线的设计与实验.

稀布阵列天线具有简化阵列结构、降低系统成本的优点,基于数字波束形成的稀布阵列天线技术获得了广泛地关注。基于作者所提出的多分辨率复合阵列天线技术(MRCA),该文设计了一个多分辨率复合数字阵列天线,并应用该阵列天线来进行单目标和双目标检测实验。仿真和实验结果均表明:与传统的均匀直线阵列天线相比,在相同的阵列天线单元数目的情况下,多分辨率复合数字阵列天线可以得到更窄的主波瓣和更低的副瓣,增强了阵列天线系统的方向性,提高了角度分辨率。

数字阵列天线的阵面监测方法研究

阵面监测是数字阵列天线在阵面测试和工作过程中的重要自检监测手段,阵面监测可检测出数字阵列天线中存在异常的通道,避免这些通道对阵面性能造成影响。文中首先介绍了数字阵列天线的阵面监测原理及分类,并对各种监测类型的应用场景作了分析;然后,详细描述了阵面监测中几种常见的通道故障类型、以及这些故障类型的监测方法和判断依据;最后,结合实际阵面测试,将阵面监测结果与实际通道性能进行比较,证明了该阵面监测方法的有效性,对比阵面监测处理前后的波束形成结果,验证了阵面监测方法对数字阵列天线的作用。

数字阵列天线测量方法研究

提出了数字阵列天线应测量的技术指标体系。基于数字阵列天线各通道的幅度相位可控,推导出了数字阵列天线方向图的中场测量公式。在已知数字阵列TR组件接收电路增益的基础上,给出了数字阵列天线接收增益测量方法。为避免分别测量数字阵列天线的有源电压驻波比和发射增益,给出了等效全向辐射功率的测量方法。实验结果验证了数字阵列天线方向图和接收增益测量方法的正确性。

数字阵列天线和、差波束加权系数研究

介绍了数字阵列天线和、差波束加权系数的理论计算方法。实际中发现将这些加权系数直接代入阵列中数字合成时会存在和、差波束的最大电平差值与理论增益差值不符的问题。基于天线基础理论,通过分析和、差波束加权系数之间的关系,得出了阵列天线和、差波束加权系数的平方和必须相等的结论。通过一实例模拟数字合成验证了该结论。

数字阵列天线远场幅相测试的设计与实现

数字阵列天线的应用是未来军用相控阵雷达最主要的发展方向,数字化的设计带来了更高的系统集成度、更远的作用距离、更丰富的自定义功能等优势的同时,在测试技术层面也带来了诸多改变。本文从数字阵列天线远场测试的角度介绍幅相测试的方法、系统测试设计原理,并针对实际工程应用提供具体实现方式。实际测试结果表明这些方法和实现方式有效,对于数字阵列天线远场的测试评估具有广泛的工程应用价值。同时得益于数字化测试的特征,测试过程会形成大量有价值的实验数据,能够为国防大数据分析提供庞大的数据基础,为测试的智能化拓展提供机器学习资源。

数字阵列天线宽带辐射方向图综合技术

针对采用数字中频的多通道阵列天线的宽带信号辐射能力展开了研究。介绍的数字阵列天线宽带辐射方向图综合技术,其主要创新点是宽带辐射方向图计算方法的理论推导,并对其在频域取平均,用于衡量其副瓣电平。在详细介绍数字阵发射的宽带辐射场计算方法的基础上,通过仿真对多通道数字中频系统的宽带辐射方向图进行计算。本文研究的数字阵列天线,其阵面是工作在8 GHz的矩形网格平面微带天线阵,宽带信号是经线性调频信号调制的二进制相移键控(BPSK)编码信号,不同通道发射不同的基带信号,对宽带发射波束进行了分析,论证了基于数字阵列天线的宽带发射波束形成的有效性。

干扰环境中多波束阵列天线的指向优化

通常多波束阵列天线的指向是固定的,在干扰环境下对于接近其子波束方向的强干扰的抑制能力较差。多波束指向优化问题是指,在子波束方位间隔保持不变的情况下,使得多波束整体指向在小范围内可调整,以尽量避开干扰进入子波束的情况,从而抑制强干扰、提高多波束输出的信干噪比。以输出总功率之和最小化为准则,推导了最优调向方法和次优的快速方法,后者用"等效波束"的概念来解释多波束对干扰信号的总体响应。仿真表明,基于自适应波束形成的快速调向方法既可接近最优调向方法的性能,又能较大地减少运算量。

发射阵列互耦校正

该文给出了发射阵列的误差模型和相应的预失真校正方法.根据发射阵列的特点,提出了基于单元方向图法和合成波束法来计算发射互耦矩阵.仿真结果验证了这两种方法的有效性,在有发射噪声时第二种方法的性能要比第一种的好.