寬帶相控陣雷達發(fā)射多波束形成和雷達通信一體化技術(shù)研究.pdf

1、隨著雷達技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的相控陣雷達面臨諸多新的挑戰(zhàn)。首先，為了獲得更高的測量精度，寬帶、超寬帶波束形成技術(shù)在雷達成像和測距領(lǐng)域有著非常重要地應(yīng)用。其次，由于電子設(shè)備數(shù)目的不斷增加，為了提高效率以及避免相互干擾，雷達與其他電子系統(tǒng)的一體化設(shè)計正成為研究的熱點。此外，隨著小型化平臺（包括衛(wèi)星、飛機以及無人機等）日益受到重視，相控陣雷達系統(tǒng)有著向成本、結(jié)構(gòu)、功耗更加集約化方向發(fā)展的趨勢。
　　在此背景下，本文針對寬帶相控陣雷達發(fā)射

2、多波束形成和雷達通信一體化技術(shù)開展研究，提出了一種簡便高效的寬帶相控陣雷達發(fā)射系統(tǒng)方案，提出了采用時變矢量加權(quán)的寬帶數(shù)字波束形成和陣列誤差校正的方法，研制了一套4通道的寬帶/超寬帶相控陣發(fā)射系統(tǒng)樣機并完成了發(fā)射方向圖測試。該方案適用于在低頻段的寬帶數(shù)字陣列雷達，也可以作為毫米波雷達前端的中頻輸入信號，并且兼顧了一體化設(shè)計的需要，具有良好的實用價值。
　　論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
　　1)本文提出了一種采用時變矢量調(diào)制的簡

3、便高效的寬帶相控陣發(fā)射系統(tǒng)方案。該方案采用窄帶數(shù)字基帶信號對射頻LFM信號進行時（頻）變矢量加權(quán)。相較于模擬或數(shù)字真時延TTD技術(shù)以及DDS移頻移相的方案，該方案的發(fā)射系統(tǒng)在性能、帶寬、成本、軟硬件系統(tǒng)復(fù)雜度、功耗和成本等方面具有明顯的優(yōu)勢。
　　2)提出了采用時（頻）變矢量加權(quán)的寬帶數(shù)字多波束形成算法，分別給出了常規(guī)波束形成、恒定束寬波束形成和自適應(yīng)置零波束形成等三種情況下時（頻）變矢量加權(quán)系數(shù)的計算方法。和傳統(tǒng)的采用頻域處理和

4、時域處理方式的寬帶數(shù)字波束形成算法相比，該算法所需的計算量和設(shè)備量小，有利于進行實時處理。
　　3)提出了一種發(fā)射系統(tǒng)寬帶通道失配的校正方法。通過對通道實際輸出信號進行時變預(yù)失真補償?shù)姆绞?，可以對發(fā)射通道的幅度、相位頻率響應(yīng)誤差進行校正?？紤]到檢測高速高機動目標的需要，本文對射頻通道輸出的高調(diào)制率的寬帶LFM信號進行誤差校正實驗，信號的掃頻帶寬達到2GHz，調(diào)制率為100MHz/us。校正結(jié)果顯示，在工作頻率范圍內(nèi)，通道間最大幅度

5、誤差小于±0.1dB，最大相位誤差小于±2°。另外，發(fā)射機輸出的寬帶LFM信號的線性度也得到了改善，發(fā)射機輸出的LFM信號的頻率非線性度僅為0.0043％。
　　4)研制了一套4通道的L、S波段的寬帶、超寬帶相控陣的驗證樣機。該系統(tǒng)具有如下幾方面的特點:首先，該發(fā)射機使用速率為30Msp的基帶信號處理2GHz帶寬的發(fā)射信號，和全數(shù)字式發(fā)射機相比極大地減小了數(shù)據(jù)率、計算量以及對多數(shù)字通道間同步的要求。其次，射頻前端采用零中頻的收發(fā)信

6、機結(jié)構(gòu)，可以兼顧寬帶和窄帶系統(tǒng)的需要。在寬帶模式下，發(fā)射端對寬帶LFM脈沖信號進行時變矢量加權(quán)，而在接收時，對回波信號進行去斜處理。另外，該發(fā)射系統(tǒng)的輸出信號還可以作為中頻信號，在經(jīng)過倍頻或上變頻后，實現(xiàn)微波、毫米波頻段上的寬帶發(fā)射波束形成功能。在微波暗室中對發(fā)射數(shù)字波束形成結(jié)果進行了測試，使用本文設(shè)計的寬帶相控陣發(fā)射系統(tǒng)，分別按上述三種波束形成方式對各陣元進行時變矢量加權(quán)，實現(xiàn)了期望的發(fā)射方向圖結(jié)果，從而驗證了該寬帶發(fā)射多波束形成算法