有源相控阵雷达均衡技术研究与实现

精品论文赏析

2022年电子技术应用第9期

张小龙1，朱 枫2，夏德平1，杨 斌1

1. 南京电子技术研究所，江苏 南京210039；

2. 东南大学毫米波国家重点实验室，江苏 南京210096。

摘要

对于宽带有源相控阵雷达，通道失配会影响阵列处理性能，可通过通道均衡技术进行补偿。现有研究大多以仿真模型为基础，鲜有实测数据为支撑，且均衡评价方法过于单一。构建了结合剩余失配特性、脉压及波束形成方向图的综合评价体系，可更加全面地评价均衡效果。此外，以某机载有源相控阵雷达为平台，工程实验了150 MHz宽带信号的频域均衡算法，并提出矩形窗加权均衡算法，仿真及实测数据表明该算法对均衡效果有所提升。

关键词

有源相控阵、通道失配、通道均衡、加权均衡

引言

现代电子战争正面临快速变化的复杂电磁环境，多种军民事应用对雷达提出了高分辨率、抗干扰、目标成像和型号识别等要求[1]。传统窄带有源相控阵雷达难以完成上述功能，采用宽带信号的雷达逐渐成为一种选择。

相控阵雷达中众多阵列天线单元及数字收发组件的各种模拟器件是引起各通道间幅相不一致的主要因素，对于窄带信号可近似认为通道产生的误差与频率无关，校准时仅需在中心频点进行校正。然而宽带雷达各通道间的幅相特性随频率变化较大，包括通道带内及通道间的频率特性不一致，这种不一致常称为通道失配[2]。通道失配将会影响数字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)副瓣电平[3]、旁瓣相消对消比[4]及阵列输出信号信干噪比[5]等阵列处理的性能，通常在各通道中插入权系数可配置的有限冲激响应(Finite Impulse Response，FIR)滤波器来补偿通道失配，通道均衡的目的即计算各均衡滤波器的系数。

根据计算均衡器系数方法的不同可将均衡算法分为时域[6]和频域[7]两大类，文献[2]证明了这两类方法是等效的，并且提出了均衡评价准则。均衡算法的研究主要围绕以下几点进行：第一，随着通道误差的增大，提升均衡滤波器的阶数可能会出现病态矩阵，文献[8-9]提出了对角加载法，但加载量难以确定，文献[10]提出用正则化方法来解决矩阵病态的问题，并分析了正则化方法的应用条件，文献[11]提出利用奇异值分解的办法提高校正的稳定性，但都以硬件复杂度的提高和牺牲实时性为代价；第二，信号带宽较宽及高次畸变时的均衡效果不理想，对此文献[12-13]提出了带宽分割进行分段均衡的方法，但带宽分割数量难以确定；第三，针对带外误差控制，文献[7]及[14]提出频域加权均衡算法，文献[15]提出采用参考通道的幅度响应作为加权矩阵的对角元素，文献[16-18]都对带外误差进行各种形式的扩展，以降低对均衡效果的影响。此外，现有研究大多以特定的仿真模型及失配通道为基础，对算法的改进进行验证，鲜有实测宽带数据作为支撑[19]，仅文献[20-21]录取了5 MHz及200 MHz带宽的实测数据，但仅用剩余失配特性来评价均衡效果不够完善。本文构建了结合剩余失配特性、脉冲压缩及波束形成方向图的综合均衡评价体系，在某机载有源相控阵雷达平台上，实验验证了150 MHz带宽信号的频域加权均衡算法，并提出新的矩形窗加权矩阵，仿真及实测数据验证了该加权矩阵的有效性。

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