圆柱阵扫描波束形成及其测角技术研究

摘要

近年来，圆柱阵扫描波束的形成技术是高精度目标跟踪雷达研究的热点之一。该技术不仅能够提供360°的全方位扫描，并且通过对位于不同位置的阵元激励的选择，能够方便而灵活地控制波束的指向，从而实现对目标的跟踪。
　　本文首先以均匀线阵的方向图函数为基础，根据圆阵和圆柱阵扫描波束的形成方案，设计了仿真实验，分析了圆阵和圆柱阵波束的方向图函数，计算了移相器的移相值以及DBF的权值，并分析了发射波束的移相器对接收波束的影响。然后根据圆柱阵扫描波束的形成方案，选择了和差比幅的测角方法。在确定目标所在的角度区间时，针对实际工程中天线接收的信号是通过阵面的加权形成的矢量方向图，同时为了充分利用回波信号的相位信息，对接收波束的幅值先进行复数相加减，再取实部进行复数和差比幅。针对圆柱阵接收波束的形成方案，每个CPI都可以进行方位维的和差比幅测角，每两个CPI进行俯仰维的顺序和差比幅测角。随后分析了移相器的量化位数对圆柱阵扫描波束指向精度的影响。
　　本文不从波束的方向图来分析，而是从每个阵元的移相器量化误差、阵元合成波束的指向误差来分析比较舍尾法、二可能值法、递推比较馈相法的优劣。最后研究了阵元数目对圆柱阵扫描波束形成的影响。
　　本文从改变圆柱阵每层阵元数目和圆环的层数两个方面，仿真了不同阵元数目的圆柱阵方位维和俯仰维的方向图，分析了方向图的性能，得到了优化波束设计的阵元数目。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 研究现状及发展概况

1．3 论文主要研究内容及章节安排

2 圆阵和圆柱阵扫描波束的形成

2．1 引言

2．2 圆形阵列的基础

2．2．1 天线阵列的方向图函数

2．2．2 均匀线阵的方向图函数

2．3 圆阵扫描波束的形成

2．3．1 圆形阵列指标参数的设定

2．3．2 圆形阵列方向图函数

2．3．3 有向阵元的圆形阵列方向图函数

2．3．4 发射波束移相器的取值对接收波束的影响

2．3．5 圆阵扫描波束的仿真结果及性能分析

2．4 圆柱阵扫描波束的形成

2．4．1 圆柱阵列指标参数的设定

2．4．2 圆柱阵列的方向图函数

2．4．3 有向阵元的圆柱阵列的方向图函数

2．4．4 发射波束移相器的取值对接收波束的影响

2．4．5 圆柱阵的布阵方式及方向图函数的性能分析

2．5 本章小结

3 圆柱阵的测角方法

3．1 引言

3．2 圆柱阵测角方法的选择

3．2．1 和差比幅测角的原理

3．2．2 和差比相测角的原理

3．3 和差波束的形成

3．4 圆阵和差比幅测角算法的仿真实现

3．5 圆柱阵和差比幅测角算法的仿真实现

3．5．1 方位维比幅测角

3．5．2 俯仰维比幅测角

3．6 圆柱阵和差比幅测角的误差分析

3．7 本章小结

4 圆柱阵扫描波束的优化设计分析

4．1 引言

4．2 移相器的量化误差及改进方法

4．2．1 移相器位数的选取

4．2．2 移相器的相位量化误差

4．2．3 改进方法

4．3 阵元数目对圆柱阵波束形成的影响

4．3．1 每层阵元数目对波束方向图的影响

4．3．2 圆柱阵层数对波束方向图的影响

4．3．3 最优阵元数目的选择及性能分析

4．4 本章小结

5 结束语

致谢

参考文献