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数字阵列雷达是发射和接收都使用数字技术和波束形成技术的阵列天线雷达。其相对于传统相控阵来说,具有巨大的优势:易于实现超低副瓣,大的动态范围,波束扫描速度快,可同时形成多波束等。然而数字阵列雷达中的核心组件——数字T/R通道中的模拟器件及其构成的电路特性的差异会使多个发射通道和接收通道产生随频率变化的幅度和相位特性的不一致,即通道失配。通道失配会严重影响数字阵列雷达所具有的优越性能。
本论文针对这一问题,分析了通道失配对雷达性能的影响,重点研究了数字T/R通道幅相监测与补偿技术。
首先,建立了通道失配模型,便于带内一致性分析的正弦波动模型,以及便于通道间一致性分析的FIR权系数随机扰动模型。从理论上推导了通道失配对信号合成功率、数字波束形成、去斜率以及脉冲压缩的影响。
其次,研究了多通道幅相监测方法,给出了监测的方程组表达式,证明了当加权矩阵的条件数为1时,误差对监测结果的影响最小。从加权矩阵的角度将不同的多通道监测方法统一起来,介绍了基于单位矩阵、离散傅里叶变换矩阵、Hadamard矩阵加权的监测方法,并分析了它们的特点。
然后,研究了通道均衡的补偿方法,通过频域最小二乘算法获得均衡器权系数。此外,利用Matlab仿真分析了通道频率响应的失配程度、均衡器阶数、采样率、FFT点数M这些因素对均衡效果的影响,为工程实现提供一定指导。
同时,为满足实际项目中的需要,研究了如何在通道的窄带部分补偿宽带带内失配。从分析线性调频信号入手,利用驻定相位原理推导出了线性调频信号经过失真的线性系统传输所造成的影响的时域表达式,并证明了在通道的失配程度满足带内波动周期数远小于线性调频信号时宽带宽积的条件时,此时域表达式的函数值即为失真线性系统的频率响应值,即可进行时域补偿。根据此结论,可以在窄带时域信号上预失真补偿宽带带内失配,并通过仿真验证了补偿的效果。
最后,为验证窄带时域信号预失真补偿宽带带内失配方法的有效性,利用4通道数字T/R组件、高采样率数字示波器、宽带本振、信号源等进行了实验。实验结果证明了此方法的有效性。同时对窄带系统进行了时域补偿通道一致性的实验,补偿后合成信号带内失真有一定改善,验证了时域补偿条件的正确性。