双线偏振全数字相控阵天气雷达设计与试验

基于极端灾害性天气对高时空分辨率的探测需求,提出了一种采用平板阵列天线和全数字收发组件,并具有双线偏振功能的S波段相控阵天气雷达系统的实现方法,并对涉及的关键技术进行了研究分析,提出了基于脉内频相扫多波束的扫描策略设计,以及基于机内标定系统的在线标定设计思路。最后采用研制的工程样机开展了强对流天气观测试验,并与CINRAD/SAD雷达的观测数据进行了对比,对比结果表明采用该方法设计的工程样机对强对流天气的观测具有一定优势。

一种数字相控阵天线阵面的研制

两维数字相控阵天线研制要求方位扫描±60°,俯仰扫描±30°,且当工作带宽大于百分之十时,最大扫描角的天线增益相比法线下降不能大于4 dB,天线整个扫描范围内副瓣不超过-32 dB。针对上述要求,优化天线阵面排列布局,合理划分子阵,改善辐射单元形式和辐射电流,复合设计辐射单元和校准网络,有效解决水平共线阵子双向大扫描角互耦强、大扫描角增益下降过快和天线扫描低副瓣等问题,经测试验证研制的天线阵面满足总体使用要求。

数字相控阵与模拟相控阵雷达的性能对比分析

对比传统的有源相控阵雷达,探讨了数字有源相控阵面临的诸多难题,如宽带、反干扰、数字T/R组件和超低副瓣等,以期对数字有源相控阵雷达的优缺点及进一步的研究重点有一个更加全面的认识。

数字相控阵雷达步进频合成宽带宽角扫描研究

数字相控阵雷达宽带宽角扫描存在波束指向偏差和孔径渡越问题,导致信噪比降低,脉压主瓣展宽,距离分辨率下降。频率步进信号在各脉冲周期内都是窄带信号,是常用的合成宽带信号,可以在获得距离高分辨率的同时降低对雷达瞬时带度的要求,从而降低了对雷达系统的要求。将步进频合成宽带技术应用到数字相控阵雷达,采用子脉冲移频移相方法可以消除波束指向偏差和孔径渡越影响,实现数字相控阵雷达宽带宽角扫描。并通过仿真计算,给出一些对工程实现有用的结论。

数字相控阵天气雷达回波强度自动校准技术研究

无惯性扫描特性使数字相控阵天气雷达成为大气探测领域的一个重要发展方向,而回波强度(反射率因子)是气象雷达最重要的测量参数。文中根据数字相控阵雷达特性,分析了相控阵天气雷达强度影响因素,提出了一种基于性能评估的相控阵天气雷达回波强度自动校准技术,分析了技术原理和仿真结果,从而提升数字相控阵天气雷达强度探测的准确度。

数字相控阵天线中的波束合成实现方法

数字相控阵天线是有源相控阵天线发展的重要方向,而信号处理的核心内容是波束合成。但波束合成的工程设计中面临的一些问题,往往通过经验进行处理,并未从理论角度进行分析和解决。首先,针对信号处理硬件平台中的数据采集功能,通过分析ADC噪声来源,并结合输入中频信号SNR、动态、采样处理增益,得到了满足输出SNR要求的最少有效比特位的解析表达。其次,根据数字相控阵阵因子表达,分析了在指向误差对方向图影响,根据天线增益的损失,可以确定指向误差的允许范围。另外,根据空间色散原理,分析了频偏对阵列方向图影响,同样根据天线增益损失,可以确定允许的信号带宽指标。上述指标确定方法,通过计算机仿真证明了正确性和有效性,从而为数字相控阵天线的工程实现,提供了有益的支持。

基于OpenCL的数字相控阵雷达干扰模拟

针对现代战争复杂电磁环境以及数字相控阵雷达干扰信号生成数据量大、多波束等难点,利用图形处理器(GPU)带宽高,运算能力强的特点,使用OpenCL异构编程框架实现数据级并行策略,设计了基于OpenCL的五种典型数字干扰并行算法;算法根据GPU的读写机制进行优化设计,充分发掘了现有GPU的并行计算能力;实验结果表明:基于GPU的数据并行计算程序与中央处理器(CPU)平台相比较,加速比最大可达3.25,提高了相关雷达回波模拟设备的速度,基本满足数字相控阵雷达信号处理的实时性要求。

波束合成对数字相控阵镜频分量影响分析

比较了模拟相控阵和数字相控阵在波束合成过程中信号分量与镜频分量的不同变化,分析它们对波束合成结果的影响,并提出在数字相控阵中判断镜频的思路。

数字相控阵系统中多通道并行相关标校方法及精度分析

本文介绍一种应用在数字相控阵系统中的多通道并行相关标校方法,使用扩频信号实现快速标校,在不同信噪比下进行了标校精度仿真,给出了典型场景中的标校信噪比和积分时间要求。

数字相控阵雷达的RCS自动标校方法

针对无源标定法受气象条件制约以及有源标定法使用复杂等问题,分析了雷达散射截面积(RCS)外场测量中常用的标定法,提出了一种基于数字相控阵雷达的RCS自动标校方法.该方法不改变原有雷达结构,通过监测校准组件实现雷达参数的在线计算,完成了RCS测量参数的自动标校.仿真结果表明,该方法提升了数字相控阵雷达RCS测量的准确度,具有很高的工程使用价值.

分布式数字相控阵通道一致性校准方法

基于分布式数字相控阵通道一致性校准需求,提出了一种新的有效解决方法。首先基于时域相干的时延估计算法纠正通道间时延差,而后利用基于最小二乘拟合的频域均衡算法实现通道间幅相一致性校准。利用Matlab平台进行仿真分析,结果表明,利用此方法校正后,失配通道与参考通道在通带内的幅度差值在0.015 dB内,相位差值在0.1°内,有效地实现了通道间一致性校准作用。该方法已成功应用于实际工程项目中。

数字相控阵测控系统时频信号产生及光分发传输架构

在数字相控阵测控系统中为保证相控阵多波束合成效率,要求为相控阵多路子阵提供的时频信号保持良好的相位一致性,针对这个问题,该文描述了一种基于光纤通信的时频信号产生及光分发传输架构,时频信号通过该架构分发传输后信号相位随温度变化在±3°之内,解决了数字相控阵系统分发传输时频信号的相位一致性问题。

数字相控阵下多波束的ESM系统信号处理方法

伴随着宽带雷达系统的发展，信号带宽越来越大，从而对于电子支援侦察ESM系统的要求也越来越高。现代ESM系统需要瞬时带宽大且瞬时方位覆盖范围大。为满足ESM系统新需求，天线阵面由原有模拟阵面逐渐转变为数字阵面。文中首先介绍了数字相控阵多波束体制下ESM系统的特点；之后，提出了针对多波束ESM系统的信号处理系统设计方法；分析了系统设计中的关键技术以及系统性能提高的方法；最后，介绍了工程实现和实测效果。

C波段高密度集成瓦片式数字相控阵天线

随着相控阵技术的快速发展,数字相控阵系统对小型化、集成化、宽带化有了更高的要求。本文提出了一种收发全数字波束形成的新一代相控阵方案,研制了一套16通道的高集成度数字相控阵系统样机并完成了法向方向图测试。该方案采用高集成度射频前端,片内集成收发通道和频率合成器,相比传统分立器件方案更加紧凑。阵列整体采用瓦片集成方式,通过高密度垂直互联将天线阵面、校准网络、收发信道、波束形成器进行纵向集成,具备集成密度大、剖面低、通用性强、宽带特性好、易于扩展等诸多优点,具有良好的实用价值。

无源数字相控阵信号侦察处理平台设计

随着数字相控阵在信号侦察领域应用的发展,提出一种信号侦察处理平台的设计方法。基于对信号侦察系统的工作原理和工作流程的分析,阐述了处理平台的组成和功能分解方法;提出采用增加协处理模块的方式扩展平台的信号处理能力,采用PCIe协议的DMA多通道机制解决高速总线接口间的数据路由问题,采用高速接口的流控机制和大容量缓存解决数据收发速率不匹配的问题;对模块驱动层软件的功能进行了逻辑抽象,设计了统一的应用程序编程接口,提高了应用软件的通用性和可移植性。工程应用结果表明,信号处理平台满足任务系统的开发、测试和使用要求。

基于数字相控阵雷达的同步技术设计

为提高近海沿岸手机相控阵监控系统中的数字相控阵雷达技术的性能,对其影响因素进行分析,得出性能影响因素为数字波束形成,而数字波束形成与天线阵面的同步性能有关。因此,为实现数字相控阵雷达前端的同步,设计了一套时间同步系统,以主瓣-3 dB波束宽度的优化作为同步性能的指标,在相位误差为9°时,所对应的时延误差均值为25.8 ps。通过在时间同步系统中应用分布式锁相环技术、时间数字转换器技术等对数字相控阵雷达进行设计,通过试验验证可知,经同步设计优化后的数字相控阵雷达对应的时延误差均值约为20 ps,满足同步性能指标的要求,并且在进行采样时输出信号稳定、同步性较好。

相位噪声对数字阵列波束合成的影响研究

为了分析相位噪声对于数字阵列波束合成性能的影响,通过对比阵列激励误差和热噪声建模,并考虑阵列本振复用结构,建立了相位噪声在数字波束合成中的概率数学模型。主要针对均匀线性阵列推导得到了引入相位噪声的波束合成信噪比与功率方向图表达式。基于得到的闭式表达式,通过数值仿真分析了不同相位噪声值和本振复用结构的阵列性能,验证了以下结论:本振分布化程度的提高能够获得空间主波束方向信噪比和瞬时动态增益,但同时会相应抬高副瓣电平并造成调零回填,从而恶化阵列空域抗干扰能力。

数字化相控阵天线测试方法及测试系统设计

伴随着雷达技术的飞速发展,数字化相控阵天线开始广泛运用于各种相控阵雷达当中;由于数字化相控阵天线的工作原理与传统模拟相控阵天线差异极大,测试方法也发生了根本性的改变,原有的基于普通微波仪表的天线测试系统无法再对数字化相控阵天线进行测试,必须设计新型的数字化相控阵天线测试系统;文章首先介绍了数字化相控阵天线自身的工作原理和测试方法,随后提出了新型数字化相控阵天线测试系统的具体软硬件设计方案,实际应用表明数字化相控阵天线测试系统可以满足各种数字化相控阵天线的测试要求。

用于海洋监测的宽带数字相控阵关键技术

宽带数字相控阵雷达能够实现宽海域、多目标、高精度的海域监测功能,而其最关键的部件是数字射频收发芯片。介绍了数字射频收发芯片的技术概况,结合数字射频收发芯片的发展现状,讨论了涉及的关键技术。分析表明,以数字射频收发芯片为核心的宽带数字相控阵将成为下一代海洋监测的优选方案。