全極化相控陣?yán)走_(dá)精密測(cè)量技術(shù).pdf

1、隨著雷達(dá)極化理論和技術(shù)的發(fā)展，極化已經(jīng)成為現(xiàn)代精細(xì)化、高維度和智能化雷達(dá)不可或缺的技術(shù)手段。具有精確極化測(cè)量能力的全極化相控陣?yán)走_(dá)是未來多功能相控陣?yán)走_(dá)的重要發(fā)展趨勢(shì)，在氣象觀測(cè)和防空反導(dǎo)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目標(biāo)極化信息獲取的精度是影響極化應(yīng)用技術(shù)性能的關(guān)鍵因素之一，精密極化測(cè)量對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和信號(hào)處理技術(shù)提出了非常苛刻的要求。全極化相控陣?yán)走_(dá)天線的極化特性隨著波束掃描角度的改變而變化，尤其是天線的交叉極化會(huì)隨著波束指向角的增大而

2、顯著增大，這一本質(zhì)特性將在數(shù)據(jù)源頭上對(duì)相控陣?yán)走_(dá)極化信息獲取與應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響。因此，相控陣?yán)走_(dá)的極化信息精確獲取與有效應(yīng)用也面臨著諸多挑戰(zhàn)。論文立足于先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，致力于解決全極化相控陣?yán)走_(dá)精密測(cè)量中的基礎(chǔ)和共性問題，對(duì)全極化相控陣?yán)走_(dá)天線空域極化特性分析與建模、方向圖綜合與極化控制、全極化相控陣?yán)走_(dá)極化測(cè)量與校準(zhǔn)、全極化相控陣?yán)走_(dá)單脈沖技術(shù)四個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入研究，并利用全極化微帶陣列天線的HFSS電磁計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)論文提

3、出的理論和方法進(jìn)行了驗(yàn)證。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、旁谌珮O化相控陣天線空域極化特性分析與建模方面，首先從電流元和磁流元出發(fā)，研究了全極化陣元的兩種基本類型，在揭示兩種類型全極化陣元交叉極化來源的基礎(chǔ)上，分析了全極化陣元的空域極化特性；其次，分析了陣列互耦對(duì)陣元有源方向圖以及陣列合成波束輻射特性的影響，研究了基于最小二乘法的全極化陣列互耦系數(shù)估計(jì)方法，建立了互耦條件下全極化陣列天線遠(yuǎn)場(chǎng)輻射特性的數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)的信號(hào)處理提供了理論

4、支撐。
　?、圃诜较驁D綜合與極化控制方面，從方向圖綜合和極化獨(dú)立控制的角度，分別研究了基于互耦補(bǔ)償和基于陣元極化控制的波束形成方法。在分析這兩種方法的性能和局限性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了基于凸優(yōu)化的方向圖綜合與極化聯(lián)合控制方法，該方法可以綜合考慮和、差波束方向圖的功率（包括波束寬度、旁瓣電平和方向圖零點(diǎn)等）和極化特性，將方向圖綜合與極化控制轉(zhuǎn)換為易于解決的凸優(yōu)化問題，通過對(duì)陣元加權(quán)系數(shù)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)任意旁瓣電平的控制和任意極化的合成，

5、這為全極化相控陣?yán)走_(dá)波束指向的靈活掃描與極化的精確控制提供了有效的技術(shù)手段。針對(duì)寬帶陣列綜合問題，提出了基于FIR濾波器結(jié)構(gòu)的寬帶極化波束聯(lián)合優(yōu)化方法，既能滿足方向圖的功率和極化特性設(shè)計(jì)要求，又能保證合成方向圖在整個(gè)工作帶寬內(nèi)具有恒定的頻率響應(yīng)，以抑制由于雷達(dá)工作頻率帶寬的增加而引起的波束指向誤差和方向圖失真。
　?、窃谌珮O化相控陣?yán)走_(dá)極化測(cè)量與校準(zhǔn)方面，根據(jù)目標(biāo)與雷達(dá)坐標(biāo)系的空間位置關(guān)系，分析了雷達(dá)觀測(cè)極化基隨波束掃描角度的變化

6、規(guī)律，并結(jié)合相控陣天線極化特性等系統(tǒng)參數(shù)，建立了完整的目標(biāo)全極化回波模型；針對(duì)分時(shí)和同時(shí)極化測(cè)量體制，分析了天線的交叉極化、收發(fā)通道的幅相特性和發(fā)射波形隔離度對(duì)極化測(cè)量性能的影響，定義了全極化雷達(dá)交叉極化隔離度，為衡量全極化天線的極化特性提供性能指標(biāo)；針對(duì)全極化相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)參數(shù)引起的極化測(cè)量誤差，將論文提出的方向圖綜合與極化控制方法應(yīng)用于水平和垂直極化方向圖的極化校準(zhǔn)，并結(jié)合發(fā)射和接收陣列的工作特點(diǎn)，提出了基于部分輔助陣元的方向圖綜合

7、與極化聯(lián)合校準(zhǔn)方案。利用全極化微帶陣列的HFSS電磁計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)該方法的性能進(jìn)行了分析與驗(yàn)證。
　?、仍谌珮O化相控陣?yán)走_(dá)單脈沖技術(shù)研究方面，針對(duì)由于天線的交叉極化、陣元之間的極化差異以及接收通道之間的幅相失衡導(dǎo)致的單脈沖測(cè)角偏差，將論文提出的方向圖綜合與極化控制方法應(yīng)用于單脈沖測(cè)角，既能夠?qū)崿F(xiàn)和、差波束功率方向圖的綜合，又能夠保證和、差波束極化特性的一致性，從而抑制由于天線交叉極化等系統(tǒng)因素而引起的單脈沖測(cè)角偏差；在和、差波束綜合與