[发明专利]一种面向有源相控阵天线电性能的混合补偿方法

说明书

本发明提出了一种面向有源相控阵天线电性能的混合补偿方法，用于提高有源相控阵天线的增益和指向精度。实现步骤为：建立有源相控阵天线阵面有限元模型，并提取有限元模型的特征；对有源相控阵天线阵面进行位移重构；对有源相控阵天线进行结构补偿；建立结构补偿后有源相控阵天线阵面位移的预测模型；对结构补偿后有源相控阵天线阵面位移进行预测；基于电补偿对结构补偿后有源相控阵天线进行电性能补偿。本发明在改善阵面精度抑制阵面振动的同时有效地提高了有源相控阵天线电性能。

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，涉及一种有源相控阵天线电性能补偿方法，具体涉及一种面向有源相控阵天线电性能的混合补偿方法，用于提高有源相控阵天线的增益和指向精度。

背景技术

有源相控阵天线因其可靠性高、功能多、探测和跟踪能力强、隐身性能好等无可比拟的优势,已经广泛应用于各种雷达系统中。天线在服役过程中，经常受到风、冰雪、冲击、温度等载荷的影响，使得天线阵面产生振动变形，进而引起阵面辐射单元的位姿改变，导致天线的增益和指向精度下降，使得电性能无法满足要求，因此需要对天线进行电性能补偿。

目前有源相控阵天线电性能补偿方法分为基于电补偿和结构补偿两类，基于电补偿的有源相控阵天线电性能补偿方法是根据天线阵面的位移量，反算激励电流相位和幅值的修正量，例如申请号为CN105742817A，名称为“面向增益和指向的星载有源相控阵天线结构热变形补偿方法”的专利申请，公开了一种面向增益和指向的星载有源相控阵天线结构热变形补偿方法，通过调整辐射单元激励电流相位，对变形星载有源相控阵天线进行电性能补偿，实现了不增加天线结构复杂度和重量的前提下，对天线电性能进行补偿，有效的提高了天线的增益和指向精度。但其不足之处是当有源相控阵天线阵面变形较大时补偿能力有限，无法满足有源相控阵天线电性能要求。

基于结构补偿的有源相控阵天线电性能补偿方法是利用作动器调整天线阵面形态或抑制阵面振动，提高阵面精度达到间接补偿天线电性能的目的，例如申请号为108614916A，名称为“一种快速补偿大型轻薄有源相控阵天线阵面变形的方法”的专利申请，公开了一种快速补偿大型轻薄有源相控阵天线阵面变形的方法，根据最佳作动器调整量调整作动器，对大型轻薄有源相控阵天线进行结构补偿，兼顾了轻薄有源相控阵天线阵面的保型与调整，从而间接补偿天线电性能，提高了天线的增益和指向精度。但其不足之处是有源相控阵天线进行基于结构补偿的有源相控阵天线电性能补偿后的阵面仍与理想阵面存在差异，使得有源相控阵天线电性不能完全满足要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供了一种面向有源相控阵天线电性能的混合补偿方法，用于提高有源相控阵天线电性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括如下步骤：

(1)建立有源相控阵天线阵面有限元模型，并提取有限元模型的特征：

建立由W×N个周期性排布的辐射单元组成的有源相控阵天线且包括几何特性和材料属性的有源相控阵天线阵面有限元模型，并提取有限元模型的总质量阵M、总刚度阵K和总阻尼阵C′，以及有限元模型所有节点的位移振型矩阵Φ和模态振型矩阵Ψ，W≥2,N≥2；

(2)对有源相控阵天线阵面进行位移重构：

通过安装在有源相控阵天线阵面上不同位置的n个应变传感器，采集t时刻有源相控阵天线阵面n个应变信息，组成应变信息集合ε(t)，并通过ε(t)计算t时刻有源相控阵天线的初始阵面位移δ₀(t)，其中n大于有限元模型的截断模态数；

(3)对有源相控阵天线进行结构补偿：

(3a)在有源相控阵天线阵面上布置L个作动器和用于对L个作动器进行控制的LQG控制器，其中，L大于有限元模型的截断模态数；

(3b)通过M、K、C′和Φ建立有源相控阵天线阵面的动力学方程，并对该动力学方程进行变形，得到有源相控阵天线阵面的状态空间方程：