全極化相控陣雷達精密測量技術.pdf

1、隨著雷達極化理論和技術的發(fā)展，極化已經成為現代精細化、高維度和智能化雷達不可或缺的技術手段。具有精確極化測量能力的全極化相控陣雷達是未來多功能相控陣雷達的重要發(fā)展趨勢，在氣象觀測和防空反導等領域具有廣闊的應用前景。目標極化信息獲取的精度是影響極化應用技術性能的關鍵因素之一，精密極化測量對雷達系統設計和信號處理技術提出了非常苛刻的要求。全極化相控陣雷達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隨著波束指向角的增大而

2、顯著增大，這一本質特性將在數據源頭上對相控陣雷達極化信息獲取與應用的各個環(huán)節(jié)產生影響。因此，相控陣雷達的極化信息精確獲取與有效應用也面臨著諸多挑戰(zhàn)。論文立足于先進的信號處理技術，致力于解決全極化相控陣雷達精密測量中的基礎和共性問題，對全極化相控陣雷達天線空域極化特性分析與建模、方向圖綜合與極化控制、全極化相控陣雷達極化測量與校準、全極化相控陣雷達單脈沖技術四個關鍵問題進行了深入研究，并利用全極化微帶陣列天線的HFSS電磁計算數據對論文提

3、出的理論和方法進行了驗證。本研究主要內容包括：
　?、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估計方法，建立了互耦條件下全極化陣列天線遠場輻射特性的數學模型，為后續(xù)的信號處理提供了理論

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立控制的角度，分別研究了基于互耦補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上，進一步提出了基于凸優(yōu)化的方向圖綜合與極化聯合控制方法，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等）和極化特性，將方向圖綜合與極化控制轉換為易于解決的凸優(yōu)化問題，通過對陣元加權系數的優(yōu)化，實現任意旁瓣電平的控制和任意極化的合成，

5、這為全極化相控陣雷達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手段。針對寬帶陣列綜合問題，提出了基于FIR濾波器結構的寬帶極化波束聯合優(yōu)化方法，既能滿足方向圖的功率和極化特性設計要求，又能保證合成方向圖在整個工作帶寬內具有恒定的頻率響應，以抑制由于雷達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化相控陣雷達極化測量與校準方面，根據目標與雷達坐標系的空間位置關系，分析了雷達觀測極化基隨波束掃描角度的變化

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

7、與極化聯合校準方案。利用全極化微帶陣列的HFSS電磁計算數據對該方法的性能進行了分析與驗證。
　?、仍谌珮O化相控陣雷達單脈沖技術研究方面，針對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致的單脈沖測角偏差，將論文提出的方向圖綜合與極化控制方法應用于單脈沖測角，既能夠實現和、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因素而引起的單脈沖測角偏差；在和、差波束綜合與