相控阵雷达宽带宽角扫描研究

123456aa · 发表于 2022-4-9 21:39:39

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自从世界第二次大战以来，雷达技术得到了快速发展，在现代化战争中显示出越来越重要的作用。进入二十一世纪后，信息化时代的战争电磁环境更复杂，反辐射导弹、隐身飞机等各种先进武器系统的出现，对雷达系统性能提出更高的要求，需要雷达分辨率高、抗干扰能力强、截获概率低、多批次目标跟踪、成像精度高等。相控阵雷达能实现多功能，可以起到多部常规雷达的作用，它的波束扫描速度特别快，在几毫秒内实现指向预设的方向，同时实现无惯性的快速灵活扫描，且抗干扰性能好，自适应能力强，可靠性高等，因此可以作为制导雷达系统、弹道导弹预警雷达系统以及多目标精密跟踪雷达系统。然而，传统相控阵是通过控制信号的相位来实现延时信号的，导致不同频率的信号即使有相同的相位延迟却有着不同的时间延迟，所以传统相控阵天线在宽带信号情况下存在波束指向偏斜的现象，其次，传统相控阵由于受孔径效应的限制，只能在较窄的信号瞬时带宽下工作，不能实现相控阵的宽带宽角扫描，也就限制了相控阵高性能的应用。为了提高相控雷达系统的抗干扰能力，同时为了提高雷达系统对目标的高分辨、目标识别能力和解决多目标的雷达成像等题目，相控阵雷达必须采用具有大瞬时带宽的信号，并且为对抗反辐射导弹的威胁，也需要采用大瞬时带宽的宽带信号。但是，相控阵雷达系统采用宽带信号时由于孔径渡越时间和孔径效应的影响，会使目标距离像散焦，造成主瓣展宽和距离像的移动等现象，因此，必须采取相应的补偿方案使天线波束指向精确的方向，并减小孔径渡越时间，消除孔径效应，提高信号瞬时带宽，实现相控阵雷达宽带宽角扫描，充分发挥相控阵的优势和潜力。本文从直线阵相控阵天线基本原理出发，介绍了相控阵雷达天线最大波束指向、主瓣宽度、旁瓣位置、方向性系数等主要特征，分析了天线最大波束指向和信号频率的关系，并详细研究了信号频率变化造成最大波束指向偏移的现象以及波束偏移量和最大扫描角的关系。分析了孔径渡越时间和孔径效应的产生，并研究了天线孔径渡越时间对于信号瞬时带宽的限制理论，指出孔径效应对距离像造成主瓣展宽和位置漂移的题目，提出了使用实时延迟线对孔径渡越时间进行补偿，减小孔径效应，实现相控阵宽带宽角扫描。文章研究了子阵划分模型、滤波器模型以及脉间重新配相三种补偿孔径效应的方案，校正天线波束指向，实现相控阵雷达的宽带宽角扫描，得到高分辨率的目标一维脉压距离像。

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