《電子技術(shù)應(yīng)用》
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有源相控陣?yán)走_(dá)均衡技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)
2022年電子技術(shù)應(yīng)用第9期
張小龍1，朱 楓2，夏德平1，楊 斌1
1.南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京210039；2.東南大學(xué)毫米波國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210096
摘要： 對(duì)于寬帶有源相控陣?yán)走_(dá)，通道失配會(huì)影響陣列處理性能，可通過(guò)通道均衡技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。現(xiàn)有研究大多以仿真模型為基礎(chǔ)，鮮有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為支撐，且均衡評(píng)價(jià)方法過(guò)于單一。構(gòu)建了結(jié)合剩余失配特性、脈壓及波束形成方向圖的綜合評(píng)價(jià)體系，可更加全面地評(píng)價(jià)均衡效果。此外，以某機(jī)載有源相控陣?yán)走_(dá)為平臺(tái)，工程實(shí)驗(yàn)了150 MHz寬帶信號(hào)的頻域均衡算法，并提出矩形窗加權(quán)均衡算法，仿真及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明該算法對(duì)均衡效果有所提升。
中圖分類(lèi)號(hào)： TN957.51
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.223104
中文引用格式： 張小龍，朱楓，夏德平，等. 有源相控陣?yán)走_(dá)均衡技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2022，48(9)：6-12.
英文引用格式： Zhang Xiaolong，Zhu Feng，Xia Deping，et al. Research and implementation of active phased array radar equalization technology[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(9)：6-12.
Research and implementation of active phased array radar equalization technology
Zhang Xiaolong1，Zhu Feng2，Xia Deping1，Yang Bin1
1.Nanjing Research Institute of Electronics Technology，Nanjing 210039，China； 2.State Key Laboratory of Millimeter Waves，Southeast University，Nanjing 210096，China
Abstract： For wideband active phased array radar, channel mismatch could affect array processing performance, which can be compensated by channel equalization technology. Most of the existing studies are based on simulation models, supported by few measured data, and the equalization evaluation method is too single. In this paper, a comprehensive evaluation system combining residual mismatch characteristics, pulse compression and beam forming antenna pattern is constructed, which can evaluate the equalization effect more comprehensively. In addition, taking an airborne active phased array radar as a platform, the frequency domain equalization algorithm of 150 MHz wideband signal is tested in engineering, and the rectangular window weighted equalization algorithm is proposed. The simulation and measured data both show that the algorithm improves the equalization effect.
Key words : active phased array；channel mismatch；channel equalization；weighted equalization

0 引言

    現(xiàn)代電子戰(zhàn)爭(zhēng)正面臨快速變化的復(fù)雜電磁環(huán)境，多種軍民事應(yīng)用對(duì)雷達(dá)提出了高分辨率、抗干擾、目標(biāo)成像和型號(hào)識(shí)別等要求[1]。傳統(tǒng)窄帶有源相控陣雷達(dá)難以完成上述功能，采用寬帶信號(hào)的雷達(dá)逐漸成為一種選擇。

    相控陣?yán)走_(dá)中眾多陣列天線單元及數(shù)字收發(fā)組件的各種模擬器件是引起各通道間幅相不一致的主要因素，對(duì)于窄帶信號(hào)可近似認(rèn)為通道產(chǎn)生的誤差與頻率無(wú)關(guān)，校準(zhǔn)時(shí)僅需在中心頻點(diǎn)進(jìn)行校正。然而寬帶雷達(dá)各通道間的幅相特性隨頻率變化較大，包括通道帶內(nèi)及通道間的頻率特性不一致，這種不一致常稱(chēng)為通道失配[2]。通道失配將會(huì)影響數(shù)字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)副瓣電平[3]、旁瓣相消對(duì)消比[4]及陣列輸出信號(hào)信干噪比[5]等陣列處理的性能，通常在各通道中插入權(quán)系數(shù)可配置的有限沖激響應(yīng)(Finite Impulse Response，F(xiàn)IR)濾波器來(lái)補(bǔ)償通道失配，通道均衡的目的即計(jì)算各均衡濾波器的系數(shù)。

    根據(jù)計(jì)算均衡器系數(shù)方法的不同可將均衡算法分為時(shí)域[6]和頻域[7]兩大類(lèi)，文獻(xiàn)[2]證明了這兩類(lèi)方法是等效的，并且提出了均衡評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。均衡算法的研究主要圍繞以下幾點(diǎn)進(jìn)行：第一，隨著通道誤差的增大，提升均衡濾波器的階數(shù)可能會(huì)出現(xiàn)病態(tài)矩陣，文獻(xiàn)[8-9]提出了對(duì)角加載法，但加載量難以確定，文獻(xiàn)[10]提出用正則化方法來(lái)解決矩陣病態(tài)的問(wèn)題，并分析了正則化方法的應(yīng)用條件，文獻(xiàn)[11]提出利用奇異值分解的辦法提高校正的穩(wěn)定性，但都以硬件復(fù)雜度的提高和犧牲實(shí)時(shí)性為代價(jià)；第二，信號(hào)帶寬較寬及高次畸變時(shí)的均衡效果不理想，對(duì)此文獻(xiàn)[12-13]提出了帶寬分割進(jìn)行分段均衡的方法，但帶寬分割數(shù)量難以確定；第三，針對(duì)帶外誤差控制，文獻(xiàn)[7]及[14]提出頻域加權(quán)均衡算法，文獻(xiàn)[15]提出采用參考通道的幅度響應(yīng)作為加權(quán)矩陣的對(duì)角元素，文獻(xiàn)[16-18]都對(duì)帶外誤差進(jìn)行各種形式的擴(kuò)展，以降低對(duì)均衡效果的影響。此外，現(xiàn)有研究大多以特定的仿真模型及失配通道為基礎(chǔ)，對(duì)算法的改進(jìn)進(jìn)行驗(yàn)證，鮮有實(shí)測(cè)寬帶數(shù)據(jù)作為支撐[19]，僅文獻(xiàn)[20-21]錄取了5 MHz及200 MHz帶寬的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，但僅用剩余失配特性來(lái)評(píng)價(jià)均衡效果不夠完善。本文構(gòu)建了結(jié)合剩余失配特性、脈沖壓縮及波束形成方向圖的綜合均衡評(píng)價(jià)體系，在某機(jī)載有源相控陣?yán)走_(dá)平臺(tái)上，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了150 MHz帶寬信號(hào)的頻域加權(quán)均衡算法，并提出新的矩形窗加權(quán)矩陣，仿真及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該加權(quán)矩陣的有效性。




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作者信息：

張小龍1，朱  楓2，夏德平1，楊  斌1

(1.南京電子技術(shù)研究所，江蘇 南京210039；2.東南大學(xué)毫米波國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京210096)




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