相控陣天線故障診斷方法研究與軟件實現(xiàn).pdf

1、相控陣技術起源于20世紀30年代。作為新體制電掃描雷達的代表,它具有快速變化的波束指向、多通道處理數(shù)據(jù)的能力以及豐富的資源管理手段等無可比擬的卓越技戰(zhàn)術性能,從誕生之日起就受到世界各國的高度重視,現(xiàn)已廣泛應用于幾乎所有類型的軍用雷達中。眾所周知,現(xiàn)代相控陣天線陣面通常含有大量的輻射單元,隨著雷達工作電磁環(huán)境的日益惡化、輻射單元數(shù)量的與日俱增,作為無線通信系統(tǒng)的核心收發(fā)器件,相控陣天線在日常工作過程中不可避免地會產(chǎn)生T/R組件或者輻射單元

2、失效的現(xiàn)象。如何通過測量相控陣天線的輻射特性,利用一定的故障診斷方法,定位故障單元的具體位置并判斷故障類型,進而為后續(xù)的決策維修提供有效的指導,對相控陣天線的測試與診斷技術提出了迫切的需求,目前仍然是一項較為復雜的技術難題。
　　本文在調(diào)研相控陣雷達裝備部隊后在實際使用過程中所出現(xiàn)問題的基礎上,提出了一種針對相控陣天線輻射單元進行實時故障診斷的方法。該方法以前蘇聯(lián)專家提出的換相測量法作為藍本,在求解測量方程階段,通過引入沃爾什函數(shù)

3、,形成具有特殊形式的系數(shù)矩陣(實驗步驟矩陣),從而有效簡化了測量方程的求解。在中場測試距離下,當位于相控陣天線內(nèi)各通道的所有移相器進行相位切換時,探頭同步獲取不同配相狀態(tài)下的合成電磁波信號的幅度和相位信息。通過求解測量方程,可復原任意配相狀態(tài)下各通道的激勵,并引入移相器先驗信息生成了通道激勵。通過將復原的通道激勵與移相器先驗信息生成的通道激勵進行差異性分析的故障診斷方法,即可實現(xiàn)單元移相器的故障定位與類型識別,同時可以重構包括天線方向圖

4、在內(nèi)的輻射特性。本文主要工作如下:
　　1.研究了相控陣天線移相器的故障模式并分析了其對輻射特性造成的影響。研究故障模式對天線輻射特性的影響是進行測試診斷的前提和基礎。當天線陣面中的少量單元組件失效時,對天線整體性能指標沒有較大影響。如果多個單元失效,而且這些失效單元具有某種關聯(lián)時,其影響則較為明顯。通過建立相控陣天線的模型,仿真了三種典型故障模式下天線的輻射特性,并對其變化情況進行了統(tǒng)計分析。
　　2.研究了單元在陣中方向

5、圖的快速確定方法。單元在陣中方向圖隨著單元在陣中的位置不同有所差異。在輻射器數(shù)量眾多的背景下,探索了如何快速近似確定指定規(guī)模子陣時單元在陣中方向圖的方法,為故障診斷技術的實施提供了必要的先驗信息。單元在陣中方向圖,一方面在各通道激勵的復原過程中需要使用,另一方面在輻射特性的重構階段也必不可少。通過理論仿真,探討了在陣面規(guī)模一定的情況下,如何快速確定單元在陣中方向圖的方法,并給出了仿真結(jié)果。
　　3.研究了基于沃爾什函數(shù)配相法的相控

6、陣天線故障診斷算法。該算法將沃爾什函數(shù)引入相控陣天線的配相過程中,利用其正交性,形成特殊的實驗步驟矩陣,有效簡化了測量方程的求解。與其他配相方法相比,具有估值誤差小、配相次數(shù)少、測量時間短等優(yōu)點。通過對復原的通道激勵與由移相器補充信息所生成的通道激勵進行差異性分析,可實現(xiàn)對故障移相器的定位與類型識別功能。
　　4.采用MATLAB軟件開發(fā)了相控陣天線故障診斷方法的仿真驗證軟件平臺。從該平臺的總體設計思路入手,首先介紹了基本參數(shù)設置