宽带阵列超低副瓣实现技术

舰船电子对抗

SHIPBOARDELECTRONICCOUNTERMEASURE

Vol．４２No．１

Feb．２０１９

宽带阵列超低副瓣实现技术

()中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏扬州２２５１０１

黄　华,于　勇

摘要:现代战争朝着全方位、立体式、纵深式发展,致使装备的电磁环境越发复杂.对于高灵敏度侦察设备而言,如

何在如此恶劣的环境中获得一席之地显得特别突出.若能解决复杂电磁环境的适应问题,将占据先敌发现、先敌打击的先机.从系统的角度出发,综合考虑模拟前端、数字后端的设计、测试等因素,详述了宽带阵列超低副瓣的实现技术.

关键词:有源相控阵;宽带阵列;高灵敏度;超低副瓣:/DOI１０．１６４２６．cnki．cdzdk．２０１９．０１．００７jj

()中图分类号:TN９７１􀆰１　　　　　　　文献标识码:A　　　　　　　文章编号:CN３２Ｇ１４１３２０１９０１Ｇ００２９Ｇ０５

AlicationTechnolofUltraＧlowSidelobeinWideBandArrappgyoy

()The７２３InstituteofCSIC,Yanzhou２２５１０１,Chinag

,HUANGHuaYUYong

considersthefactorssuchasthedesinandtestofanalofrontＧendanddiitalbackＧendsnthetiＧggygy

,calldescribestheimlementationtechniuesofultraＧlowsidelobeinwidebandarraecificall．ypqyspy:;;;KeordsactivephasearrawidebandarrahihsensitivitultraＧlowsidelobeyygyyw

,ortant．IfthecomlicatedelectromaneticenvironmentcanbeadatedtheadvantaeofreconnaisＧppgpg

,sancebeforeenemndattackbeforeenemillbeoccuied．Fromasstempersectivethispaeryaywpypp

makestheelectromaneticenvironmentofeuimentsbecomemoreandmorecomlex．Forthegqpp

,hihsensitiviteconnaissanceeuimentshowtosurviveinsuchsevereenvironmentisverimＧgyrqpy

:,,AbstractThedevelomenttrendofmodernwarisomniＧdirectionstereoscoicanddeewhichppp

０　引　言

及到前端模拟部分的馈电、微波等的设计,同时也涉及到后端数字部分的处理架构.

战争中的先敌发现与先敌打击能力是决定某次

战役成败的关键.有源相控阵在现代战争中的运用给对抗方带来了一定的困难,有源相控阵采取的是快速波束扫描的方式,并且通过低副瓣技术可将发

１]

.若要实现对其信号的高概率截射副瓣做得很低[

１　系统模型

大部分.

列层、馈电层、微波层、采样层、接收机与系统控制六

其中,天线层为宽带阵列天线,可根据安装需求,与安装平台共形,主要用于接收制定自由空间中的电磁信号;馈电层将m×n个天线单元合成n个子阵信息;微波层将n路射频子阵信号下变频至n路中频信号,并将中频信号送给后端的采样层,在采样层中完成模拟中频信号的数字量化,得到数字中频信号;数字中频信号传送给后端的接收机,在接收

子阵级超低副瓣系统框图如图１所示,包括阵

获,那么,侦察设备也要采取相应的有源相控阵对抗技术,在宽带范围内利用阵面增益与数字波束形成技术提高设备的侦收灵敏度,实现对敌方电磁信号的副瓣侦收.

考虑到成本与集成度等因素,不可能单元级采

]２Ｇ４

,用数字波束形成技术[通常采用的是子阵级的数

字波束形成技术.子阵级的数字波束形成技术既涉

收稿日期:２０１８１０１０

３０舰船电子对抗　　　第４２卷　

机中完成波束形成的操作;系统控制为该系统的核/心部分,控制着阵列的空间指向、微波变频、AD方式、数字接收机及整个系统的工作状态等.

图１　宽带系统工作框图

包含模拟部分与数字部分的子阵级数字波束合成超低副瓣系统中,要获得超低副瓣的效果,首先,在设计过程中需充分考虑各部分在工作带宽内的幅度与相位的多通道一致性,在系统指标分配过程中对每个模块进行仔细核算;然后,在测试过程中需要对模拟部分、数字部分及两者相结合的部分进行高精度的校正,尽量消除测量误差带来的不一致性.

　数学模拟与公式推导

按照图的数学模拟,１所示的系统工作框图建立如图在该模型中包括单元权系数２所示

系数WU权系数WW、子阵S、信道权C３个部分,其中子阵权系数包括微波通道与数字采样通道,在设计与测试过程中需充分考虑这三部分幅度与相位的一致性方可获得低副瓣的性能.

其中,单元权系数表征的是阵列中m×n个单元的一致性在不同的幅度与相位状态下的数值;子阵权系数则是由单元经过馈电网络所合成的n个子阵,用于表征微波及位的一致性;信道权系数是指宽带信号在处理过程A/D后的子阵通道幅度与相

中划分为q个子信道,在多个信道中也要考虑多个信道间的幅度与相位的一致性;最终合成波束数据输出.

􀆰１　单元权系数

天线阵列规模为m×n式W,具体的单元权系数公

U可表示为:

WMNU＝∑m＝１∑n＝１Wunitmn(Ai,ϕj)(１

)图２　子阵级超低副瓣形成模型

式中:Wunitmn为阵列中mn个单元的电流激励幅度;Ai为每个单元通道第i的幅度值;ϕ(i＝１,􀆺,６４)个幅度状态下j为每个单元通道第jj＝１相位状态下的相位值;M(,􀆺,６４)个.

、N分别为M行单元数与

N列单元数２􀆰２　子阵权系数

由m×n个单元通过馈电网络合成,

既包括了微波的１~nn个子阵个子阵通道,又包括了的/表示为１~n个子阵通道,具体的子阵权系数公式WADS可:

WS＝式中:n为阵列中的子阵个数∑Nn＝１

Wsubarray(

n)(２

);Wsubarra,y为每个子阵中的权值基础的权值可通过泰勒窗函数获得,同时需考虑不同子阵通道的不一致性,通过测量后求取校正系数.２􀆰３　信道权系数

为了降低宽带信号的处理难度,一般将宽带信

号划分成q个信道进行处理,具体的信道权系数公式WC可表示为:

WQC＝式中:q为所划分的信∑q＝１

Wchannel(q)

(３

)道个数,即是将大带宽信号所分成的子处理带宽数;Wchannel为每个信道中的权值.

２􀆰４　系统合成系数

最终的系统合成系数包括了单元权系数、子阵

权系数与信道权系数,具体的系统合成系数公式

F(A,ϕ)可表示为:

２２第１期

黄华等:宽带阵列超低副瓣实现技术

３１

F(A,＝WU􀅰WS􀅰WC＝ϕ)

MNQm＝１n＝１q＝１

段的阵面,该阵按工作的高频段点的半波长进行布阵,其中,子阵数１接收处理信道数为１６,５.测试过

()４

程中,分别测试了２５６个通道的幅度与相位、１６个子阵的幅度与相位及１５个信道的幅度与相位的校正前与校正后的测试数据,最后测试了包括通道、子阵及信道在内的整个系统的所有幅度与相位数据.测试结果如图３~图６所示.

３　实测结果

􀅰WcWsn)ubarrahannel(q)y(

(i,􀅰itj)mnAϕ∑∑∑Wun

实测过程中测试了一个１６×１６规模的Ku波

在自由状态　　从图３~图６中的测试结果可知,

下,相位的初始状态分布在０之间,幅度的初°~３６０°始状态与各个分立器件所提的指标对应;通过对原始数据进行测试,利用相应的算法进行计算,可得最后通道、子阵、信道的校正结果;通道、子阵、信道的校正结果是收敛的,具有很好的重复性;最后对整个系统的所有幅度与相位进行了测试,校正后的相位在１以内,幅度在３d０°B以内.

图３　通道测试数据

相位因素,最后对２５６个阵元规模、１６个子阵、１５个度与相位特性,最后对整个系统的幅度与相位特性进行了测试,结果表明校正后的相位在１以内,幅０°度在３d可实现超低副瓣的特性.B以内,参考文献

信道的实例进行了测试.首先测试了各个部分的幅

４　结束语

[]赵玉洁．相控阵雷达技术[北京:电子工业１　张光义,M]．[]２　CANTRELLB．Develomentofadiitalarraadarpgyr

([OAR)J]．IEEEAerosaceandElectronicSstemspy,():Maazine２００２,１７３２２２７．g出版社,２００６．

本文从宽带系统的工作原理出发,分析了影响

宽带系统超低副瓣相关的通道、子阵、信道的幅度与

[]傅有光,王峰,高速实时数字多波束形成系统实３　程进,

３２舰船电子对抗　　　第４２卷　

图４　子阵测试数据

图５　信道测试数据

第１期

黄华等:宽带阵列超低副瓣实现技术

３３

[]杨科,陈胜兵,张福顺．粒子群算法用于阵列天４　焦永昌,

]():现方法[现代雷达,J．２００５,２７１２４５４８．

图６　系统测试数据

１６２０．

]:线方向图综合设计[电波科学学报,J．２００６,２１(１６)

上接第２　　(８页)

干扰设备能力发挥的因素,进行了几种典型场景仿真,仿真结果表明当干扰频段内本舰雷达信号匿影占空比达到１同时干扰２部重频抖动０％~２０％时,率大于４能够有效干扰１部高优先级雷０％的雷达,达;当本舰匿影信号占空比达到１能够同时０％时,有效干扰２部重频抖动率不超过４同时干０％雷达;扰多部雷达时,优先干扰重频抖动率小的雷达能够最大化利用系统干扰通道的时间资源;当匿影信号占空比大于２０％时,ESM接收机脉冲丢失率明显增大,不足以支撑对雷达信号跟踪,同样会导致干扰性能下降.对于舰载多通道雷达干扰设备可依此类推分析.参考文献

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