Improved adaptive-beamforming target for self-calibrating adistorted phased array

An improved adaptive beamforming procedure is presented for self-calibrating a distorted phased array. The multiple scatterer algorithm (MSA) combines the echoes from several range bins to synthesize a beamformer that is less perturbed by clutter than the basic dominant scatterer algorithm (DSA). It was tested using experimental microwave echoes from industrial sites near Phoenixville, PA. It was found that the MSA can synthesize a nearly ideal beamformer using the echoes from three range bins having good beamformers, and that it can improve the image quality using the echoes from three bad beamformers, each of which is incapable of phase cohering the array by itself     

一种基于粒子群算法的多目标子阵划分优化方法

为了降低硬件成本和系统的复杂度,子阵划分对于大型的相控阵雷达来说是必要的。传统的子阵划分方法主要针对信号处理的单一性能指标优化。针对多项指标优化的问题,本文提出了一种基于粒子群算法的子阵划分结构优化算法,相对于传统的方法能够同时优化多项性能指标,提高信号处理的性能。通过对线性阵列的划分做仿真,展示了粒子群算法对子阵级波束形成多项性能指标的提高。      

平面数字阵列雷达的子阵级波束形成算法

大规模平面数字阵列雷达因为其优点得到广泛应用,但其全自适应处理实现困难,实际中广泛采用部分自适应处理,子阵结构就是其中的一种重要方法。该文针对有幅度加权的均匀平面阵,以各子阵噪声输出功率相等为原则进行非均匀邻接子阵划分,并通过归一化算法保证各子阵噪声功率相等,进而对平面阵子阵结构的波束形成性能进行了研究。计算机模拟仿真结果表明,该子阵结构的二维相扫和一维相扫的自适应方向图保形良好,可以达到与全自适应相接近的干扰抑制性能。     

Designing the focused and wide beam pattern in linear and planar phased‐MIMO radar considering the antennas' overlap

Phased‐array multiple‐input multiple‐output (MIMO) radar is a new method for collocated MIMO radar, benefiting from its advantages without losing the coherent processing gain considered the main feature of phased‐array radars. In this method, the whole array is divided into several overlapping subarrays; then a waveform is allocated to the antennas of each subarray, which are orthogonal to other subarray's waveforms. In order to obtain a desired beam pattern, appropriate weighting coefficients for each subarray should be designed. This study aimed to design the phased‐MIMO radar's weighting coefficient matrix in two modes: In the first mode, the aim is to design a beam pattern, which has the maximum value in direction of the desired targets. In the second mode, a desired beam pattern is defined, and the coefficients should calculated in such a way that the obtained pattern be as much as possible compatible with the desired patter. In the two modes, the design, at first, is accomplished for linear array and then is extended to the planar array. Moreover, the impact of subarrays' overlap and the power constraints is investigated. The proposed methods, in special cases, are applicable in MIMO and phased‐array radars, too.     

基于高斯方向图的二维子阵级相干源超分辨测向

二维子阵级超分辨测向在相控阵雷达中具有重要应用.本文研究适用于相干源的子阵级ML估计方法.提出了子阵级ML估计的信号模型.利用子阵相位中心与增益来构造简化的阵列流形,使相控阵的校正成本与代价得到较大的降低.引入加权网络对子阵输出进行后处理,大大提高了阵列处理的灵活性.构造了高斯模式的子阵方向图.与直接简化的阵列流形方法相比,基于高斯方向图的简化阵列流形方法克服了其测向范围无法调整的局限性,且能更好抑制旁瓣源.仿真结果证实了所提出方法的有效性.     

Rigorous analysis of microstrip phased array antennas using a new FDTD method

A finite-difference time-domain (FDTD) algorithm for radiating antennas that involve multiple, phased excitation sources is presented. The algorithm has the potential to analyse phased array antennas in the time domain. The authors apply it to a two-element microstrip antenna (MSA) phased array on a finite substrate, and compare the results as gained with an existing method and experiments.<>     

有源相控阵天线瞬时宽带性能改善研究

采用无色散特性的模拟或数字移相器会导致天线波束指向随频率发生变化,即相控阵天线的孔径效应。工程上一般在子阵级别上采用色散特性的实时延迟线拓展相控阵天线瞬时带宽,但是子阵级延时量化误差会产生周期性栅瓣,导致天线副瓣性能恶化。文中提出在通道(或多通道收发组件)上设置小位延迟线、与子阵级大位延时线叠加使用,消除或改善子阵级延时误差造成的性能恶化。结合X波段有源二维阵列天线,对单元级、子阵级、子阵+单元两级三种情况进行了仿真。仿真结果表明,子阵+单元两级延时方法在扩展相控阵天线瞬时带宽的同时,能明显改善相控阵天线的副瓣特性,且具有较强的工程可实现性。     

一种改进的两级子阵级自适应单脉冲方法

 子阵级自适应单脉冲是将单脉冲测角应用于多功能相控阵雷达所需要采用的技术.本文研究应用于平面相控阵的两级子阵级自适应单脉冲方法.应用子阵级四通道单脉冲系统,其中双差通道作为辅助通道.提出子阵级4通道单脉冲系统的信号模型.提出一种改进的两级子阵级自适应单脉冲方法.其中第1级自适应用于抑制旁瓣干扰,同时进行主瓣保形;通过对主瓣保形的子阵级ADBF进行修正,有效抑制了自适应方向图的旁瓣,且明显改善了主瓣保形效果;第2级自适应用于抑制主瓣干扰,同时保持单脉冲比不变.仿真结果表明,本文方法在有效抑制干扰的同时,保持了良好的单脉冲特性;其自适应单脉冲比与静态单脉冲比十分接近.     

基于STAP 杂波抑制的子阵优化技术

新一代相控阵雷达的天线阵列规模庞大,一般含有几百乃至上万个阵元。在阵元级实现自适应波束形成抗干扰和空时自适应处理杂波抑制,会极大地增加系统开销,甚至难以实现。在实际应用中,考虑到系统成本、信号处理运算量等因素,需要将大型阵列划分为适当的子阵,以减小接收所需通道数。文中通过子阵优化划分数学建模,研究子阵划分对干扰、杂波抑制性能的影响,探索最优子阵划分的数学求解方法,为大型阵列雷达研制提供理论支撑和工程可实现算法。     

超分辨测角在海用相控阵雷达低角测量中的应用

低空目标的直达回波与多径反射回波相互耦合,使雷达测角误差显著增大,严重影响海用雷达对低空目标的探测性能。数字相控阵雷达可同时生成多个接收波束,利用超分辨测角技术提高测角精度。文中给出了超分辨测角技术在海用数字相控阵雷达中的一种工程应用方法,并将多信号分类、最大似然法两类超分辨测角技术与传统的高低波束测角技术进行了分析比较。仿真结果表明:超分辨类算法对海面低角目标的测角性能相比传统方法有很大提升,并且受阵面幅相误差影响不大,在海用数字相控阵雷达中有较好的工程应用前景。因此,本研究对工程实际中海用数字相控阵的低空目标探测技术有较大的参考价值。     

基于K-means聚类的相控阵任意形状波束子阵综合方法

传统相控阵由于设计复杂性和成本过高,已经不能满足日益增长的应用需求,子阵划分等技术较好地解决了这个问题。本文提出一种任意形状波束相控阵子阵综合方法,在激励匹配策略下,将子阵综合问题转化为一个子阵布局优化问题,而子阵的复激励可解析地从参考阵列激励计算得到。利用一种无监督聚类K-means方法对子阵布局优化问题进行求解,该方法能同时对子阵的激励幅相进行优化,增加了子阵综合的自由度和灵活性。在任意形状波束子阵综合数值算例中,通过与传统智能优化方法在方向图逼近、激励匹配代价函数、阵列性能参数及计算效率等方面的比较,验证了所提方法的有效性。     

一种可有效降低运算代价的子阵级波束扫描的旁瓣抑制方法

在子阵级相控阵中,对于多波束形成等很多应用,需要在子阵级进行数字波束扫描。此时抑制扫描方向图的旁瓣是一个重要问题,而其关键在于构造有效的子阵级加权网络。该文将整个阵列作为一个超阵、将每个子阵作为一个超元来考虑,基于用超元方向图近似表示真实子阵方向图的处理思想,使得构造加权网络所需要的各矩阵的维数由原来与阵元数相同降低为与子阵数相同,从而可十分显著地降低运算代价;而且可得到波束形状、宽度及增益均很接近的新的子阵方向图。该方法可在一定程度上抑制子阵级波束扫描后的阵列方向图旁瓣。仿真结果证明了其有效性。     

Grating Lobe Reduction in a Phased Array of Limited Scanning

Amplitude and phase weighting at the subarray outputs alone causes grating lobes (GLs) in the array factor. A combined approach to disrupt the periodicity in the array is proposed to reduce the GLs. In this approach, three measures are simultaneously used. They are: (1) the optimized amplitude weighting at the subarray ports; (2) using the random subarray; and (3) the random staggering of the rows. The optimization was carried out by using genetic algorithms (GAs). The 24 (along X) times 32 (along Y) phased array was designed to verify the proposed approach. Along Y, the scan range is (-10deg, +10deg) and the subarrays are used. Along X, the scan range is (-45deg, +45deg) without using the subarrays. The comparison was done through array factor. In the whole two dimensional scan space, the simulated results show that the GL is -3.77 dB when using the conventional array, -4.28 dB when using (1) alone, -11 dB when using (2) alone, -14 dB when using (3) alone, -20 dB when using the combined approach proposed in this paper. This approach can be used for a phased array with limited scanning and for the digital beamforming antenna array with adaptive nulling.     

大型宽带相控阵天线多级子阵延时应用研究

在采用子阵延时方案的大型宽带相控阵天线系统设计中,子阵划分结构和实时延时器使用方式将直接决定系统的宽带性能、工程实现复杂度以及研制成本。本文基于阵列方向图合成的基础理论模型,推导得出多级子阵延时方案与传统单级子阵延时方案具有相近的阵列辐射性能。通过一维大型线阵多级子阵方案的应用示例,说明多级子阵延时方案可显著降低系统总体复杂度,在此基础上分析并总结阵列宽带性能与子阵规模和时延步进量之间的关系。     

子阵级和差及辅助波束联合自适应单脉冲方法

数字阵列雷达在每一个阵元后有一个接收通道,若采用全自适应处理,则计算复杂度高,难以满足实时性需求。因此,对于实际的系统往往要采用降维自适应阵列处理去解决以上问题。鉴于此,提出一种子阵级和差及辅助波束联合自适应单脉冲算法。该方法基于子阵降维情况下,利用子阵合成的高增益差波束以及若干子阵合成的指向若干副瓣干扰(SLJ)方向的辅助波束来对消主副瓣干扰。理论分析和仿真结果均表明,该方法不仅在有效抑制主副瓣干扰的同时保证了高精度的单脉冲测角能力,并且进行子阵降维处理解决了相控阵体制雷达阵元数繁多所带来的问题,便于工程实现。     

子阵级自适应单脉冲的四通道主瓣干扰抑制

子阵级自适应单脉冲是将单脉冲估计应用于相控阵雷达必需采用的方法,而主瓣干扰抑制是其关键技术.针对平面相控阵,应用四通道单脉冲系统(其中双差通道作为辅助通道),提出子阵级四通道系统的信号模型.给出子阵级自适应单脉冲的主瓣干扰抑制方法;在对一个方向(俯仰或方位)的主瓣干扰进行抑制的同时,可使其正交方向(方位或俯仰)的单脉冲比保持不变(与静态单脉冲比相同).该方法无需对自适应和、差波束的输出进行校正.仿真结果证明了其有效性.     

电子对抗环境下ADBF相控阵雷达的阵列结构优化

ADBF相控阵雷达通常采用子阵结构。子阵结构对系统性能具有显著影响,对相控阵进行最优子阵划分具有重要的理论与应用意义。该文利用多目标进化算法(MOEA)进行子阵结构优化,使系统在主瓣干扰下具有尽可能好的抗干扰及和、差波束旁瓣抑制性能。将和波束自适应方向图的旁瓣电平、系统输出SINR及差波束的旁瓣电平作为优化目标,构造了5种目标函数。给出了MOEA子阵结构的编码方法。基于Pareto秩排序的MOEA将3032的平面阵划分为64个子阵的仿真结果表明,系统的多种性能得到了提高。     

一种子阵级平面相控阵相干源超分辨新方法

二维子阵级超分辨方法对于多功能相控阵雷达具有重要意义.提出了应用于相干源的子阵级WSF的信号模型.应用简化阵列流形是降低大型相控阵校正成本与代价的十分有效的途径.为此引入子阵级加权网络并构造出基于近似高斯方向图的简化阵列流形,使超分辨测向的灵活性大大提高.该方法克服了直接简化阵列流形方法测向范围无法调整且旁瓣源不能够被完全抑制的缺陷,与基于高斯方向图的简化阵列流形方法相比,运算代价得到显著降低,而测向性能却基本保持不变.仿真结果证实了所提出方法的有效性.     

多联骨牌子阵天线阵列的波瓣性能研究

在相控阵天线阵面设计中,为降低系统复杂性及工程成本,通常采用子阵技术来实现。同时,为了较好地抑制栅瓣,文中引入了多联骨牌子阵,给出了两种采用不同子阵结构和排列方式的天线阵列,并对有限视场下的扫描特性进行了仿真。通过对仿真结果进行对比和分析研究,验证了多联骨牌子阵实现阵列方向图低副瓣的有效性。最后,提出了采用多联骨牌子阵进行天线阵列设计需要进一步研究的方向。     

宽带相控阵天线延迟线分析

采用频率无关移相器的相控阵天线的波束指向会随频率发生变化,实时延迟线是提高宽带相控阵天线波束指向精度的重要方法。分析了子阵级采用延迟线,单元级使用移相器的宽带相控阵天线副辫特性,发现当工作频率改变时,由于阵列存在周期相位误差导致天线副瓣电平抬高。针对此问题,提出单元级精细延迟线方案,消除周期相位误差对天线副瓣的影响。仿真结果表明,这种方法在扩展相控阵天线带宽的同时,明显改善了天线的副瓣特性。