毫米波相控阵雷达及其应用发展

概述了毫米波相控阵雷达的特点,介绍了电扫原理和主要毫米波电扫技术,以及相位控制扫描和多种移相器技术。针对毫米波相控阵雷达的特点,叙述了其主要应用领域,结合雷达和半导体技术对毫米波相控阵雷达的发展进行了展望。     

一种全空域电扫球面相控阵单脉冲角跟踪方法

针对目前全空域球面相控阵测控系统在过顶跟踪时存在跟踪性能下降的问题,对角跟踪系统进行建模分析,得出了常规角跟踪系统过顶性能下降原因,提出了一种基于三维直角坐标系表示的方向矢量角跟踪方法。该方法通过优化角跟踪系统架构,设计合适的角跟踪环路滤波器参数,能够避免常规角跟踪方法跟踪变量的非线性转化,从而实现对全空域无盲区稳定跟踪。仿真验证显示该方法在全空域均有很好的跟踪性能,具有较好的工程应用价值。     

毫米波有源相控阵TR组件集成技术

通过分析有源相控阵技术发展趋势,提出集成技术是毫米 波有源相控阵TR组件的关键技术,并按制造和装配层次将毫米波有源相控阵TR组件的集成分 为芯片级、子阵级和 全阵级等三级集成。分析了各级集成的关键技术及其发展趋势,提出关键集成技术发展路线 ,指出毫米波TR组件专用多功能芯片、垂直互联和高效小型化液冷器等三项技术是当前需重 点突破的关键技术。     

有源相控阵天线的近场校准

为实现对相控阵天线的校准,降低幅相误差和阵元失效对天线性能的影响,提出了一种考虑互耦效应的近场校准方法。在利用近场扫描法完成逐一通道校准的基础上,使用旋转矢量法进行二次校准。在应用旋转矢量法(REV)时,为使被测信号的变化明显,将大规模相控阵天线分为中间、边缘区域进行分区校准。通过二次校准可判定阵元是否失效,提高相控阵天线的幅相一致性;通过分区校准减小阵元间互耦的影响,缩短校准时间。仿真结果表明:此方法用于大型相控阵的校准具有较高的准确性,可改善校准结果。     

集中式MIMO雷达与相控阵雷达干扰抑制性能对比

针对传统相控阵雷达与集中式多输入多输出(MIMO)雷达的干扰抑制性能优劣问题,对集中式MIMO雷达与相控阵雷达的信干噪比和改善因子进行了对比分析,从理论上研究了两种体制雷达的干扰抑制能力并进行了数字仿真。仿真结果表明,与传统相控阵雷达相比,集中式MIMO雷达通过提升信干噪比输出增强了干扰抑制能力。     

相控阵雷达在线幅相校正

TR组件有源通道会随环境条件的变化引起雷达回波幅度和相位的变化,使得相控阵天线波束的指向精度下降、副瓣电平抬高,导致雷达系统在探测、成像、跟踪时失效。为此,通过对相控阵天线产生幅相误差原因的分析,提出了采用远场最优方向图和近场平均矢量法相结合的算法,对相控阵雷达进行非实时在线幅相校正,从而提高相控阵天线的幅相一致性,保证雷达系统正常工作。暗室试验和外场试验验证了算法的正确性和可实现性。     

收发分置相控阵雷达直达波抑制技术

分析了收发分置数字阵列相控阵雷达中直达波问题,研究了收发 分置数字阵列相控阵雷达中直达波抑制方法,根据收发分置数字阵列相控阵雷达的工作方式 、信号处理流程等特点以及雷达的实际应用,可采用收发隔离、数字波束形成零点抑制、异 频滤波、自适应对消及脉冲压缩增益6个环节进行直达波抑制,理论分析和仿真结果表明所 给出的直达波抑制方法能有效解决收发分置数字阵列相控阵雷达直达波干扰问题。     

基于毫米波雷达汽车测距报警系统设计

为了实现驾驶员更加安全驾驶,设计了一种以MSP430为核心的毫米波雷达汽车测距报警系统。系统通过毫米波雷达对前方车距、相对车速进行远程监控、LCD显示、自动报警等。特别是MSP430的低功耗功能,在本设计中以低功耗、高精度为目标实现了一种更适合汽车测距的报警系统。     

一种用PN码校正相控阵天线通道误差的新方法

为了校准相控阵天线通道间幅相误差,实现精确的数字波束形成,给出了一种用伪噪声序列（PN）码作为校准测试信号的在线校准方法（校准和通信可同时进行）。该方法由特定的校准站发送校准测试信号,被天线各阵元接收,并通过存在误差的各通道,在接收端用与发端相同的PN码作为本地信号与接收信号逐通道做相关运算,对各通道的相关峰值做比较可求出校准矢量进而完成校准。仿真结果表明,该方法可以有效校准相控阵天线通道间的幅相误差,校准后的波束方向图接近理想的波束方向图。     

一种小规模超宽带相控阵天线设计

目前基于阵元间强耦合效应已设计出超宽带相控阵天线,但是其规模较大。针对规模小或者在扫描方向上规模小,如何增强阵元间耦合而实现超宽带相控阵天线的问题,采用平衡对踵Vivaldi天线(BAVA)作为天线单元,优化天线单元辐射金属的形状,并采用镜像法布阵天线单元设计出一个小规模4×16的斜极化超宽带相控阵天线。仿真和试验结果表明,采用的方法可以增强小规模超宽带相控阵天线的阵元间耦合效应,实现频率0.8f0~2.0f0驻波比小于2,法向增益达17.34~23.0 dBi,在±45°范围内实现无栅瓣扫描。该小规模超宽带相控阵天线已在实际工程中应用。     

L频段共形相控阵天线研制

为满足机载系统的需要,给出了共形相控阵天线的分析和设计过程,同时研制了一种高度仅为0.14波长的准八木天线单元。利用三维电磁仿真软件HFSS对天线单元和共形相控阵进行了仿真设计,并研制了一套L频段共形相控阵天线。该天线由天线阵面、波束形成网络和波控器等构成。天线阵面由4个天线单元组成,共形安装在机头上。经实际测试,共形相控阵天线阵面的和波束在扫描范围内增益大于10 dBi,并具有较低的副瓣电平;差波束零深小于-20 dB。     

一种相控阵体制的抗干扰分析方法

从信干比角度考虑,传统的全向辐射体制系统很难实现远距离抗干扰通信,而相控阵体制的高增益、低旁瓣特征可以使系统获得一定的抗干扰能力。从信干比分析入手,引入干扰概率指标,给出了一种针对抗干扰能力的统计分析方法,并进行了仿真分析,结果表明,由于阵面规模直接决定了方向图特性,而天线阵的体积、重量、功耗、成本均随阵元数目的增多而增长,所以在总体设计时需要对阵面规模进行折中考虑。该方法已成功应用于系统硬件总体设计。