[发明专利]一种高速飞行器有源相控阵天线在线自适应补偿方法

权利要求书

1.一种高速飞行器有源相控阵天线在线自适应补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)确定弹载有源相控阵天线的结构参数和材料属性；

(2)在天线罩内表面和天线阵面上布置温度传感器；

(3)根据天线罩内表面温度采集信息，插值天线罩温度场分布；

(4)根据温度采集点位置坐标，计算天线罩沿厚度的法线方向，并确定沿天线罩厚度法线方向上的温度场分布；

(5)计算高温烧蚀后天线罩对应温度场下相对介电常数和损耗角正切的变化量；根据天线罩沿厚度法线方向的温度数值，计算天线罩的厚度烧蚀量；

(6)计算天线罩相对介电常数、损耗角正切和厚度变化后弹载有源相控阵天线的天线罩透射系数；

(7)根据天线阵面温度采集信息，插值整个阵面温度场；

(8)根据步骤(7)的温度场分布，结合热膨胀系数，计算天线阵面位移场分布，提取天线阵元的位置误差，计算弹载有源相控阵天线的空间相位误差；

(9)根据步骤(7)的温度场分布，确定阵面馈电系统的温度场，提取移相器和衰减器的温度，基于器件温漂性能，计算阵元激励电流幅相误差；

(10)根据步骤(6)得到的高温烧蚀后天线罩透射系数、步骤(8)得到的空间相位误差和步骤(9)得到的激励电流幅相误差，基于几何光学射线跟踪法，计算高温烧蚀下弹载有源相控阵天线的电性能；

步骤(10)中，高温烧蚀下弹载有源相控阵天线的电性能如下：

式中，f_n(θ,φ)为第n个天线阵元的方向图，n≤N，r_n＝x_ni+y_nh+z_nl表示第n个天线阵元的位置矢量，Δr_n为第n个阵元的位置误差，r₀为远区观察点方向的单位矢量，其中，x_n、y_n、z_n分别为天线阵元在对应的x、y、z三个坐标轴方向上的位置坐标；A_n为初始激励电流幅度，ΔA_nt(T)为激励电流的幅度误差，ΔA_np(T)为阵面电源纹波对激励电流调制导致的幅度误差，为初始激励电流相位，为阵面电源纹波导致的激励电流相位误差，为移相器和衰减器性能温漂导致的馈电相位误差；T_H'和T_V'分别为水平极化场和垂直极化场透射系数的幅值，φ_M为电磁波的极化角，为入射平面的夹角，η'_H是水平极化场的插入相位移，δ为损耗角；

(11)对比初始电性能，计算阵元辐射性能的幅度变化率和相位变化量；

步骤(11)中，对比初始电性能，计算阵元辐射性能的幅度变化率和相位变化量，具体如下，将式(14)改写为

式中，为理想天线罩的透射系数，和分别为天线罩材料参数与厚度变化导致的透射系数幅度变化率与相位变化量；

(12)计算对应的各天线阵元激励电流幅度和相位理论补偿量；

步骤(12)中，计算对应的各天线阵元激励电流幅度和相位理论补偿量，其分别为：

式中，为天线罩材料参数与厚度变化导致的透射系数幅度变化率，

(13)考虑工程中移相器和衰减器的量化误差，得到自适应的激励电流实际幅度和相位补偿量；

所述步骤(13)具体步骤如下：

(13a)考虑数字移相器的位数，确定移相器的最小相移量，即其中，d为数字移相器的位数；对比计算的理论相位补偿量和移相器相移量给出阵元相位补偿量：

式中，t为理论相位补偿量除以移相器相移量的商，为阵元实际激励电流相位补偿量；

(13b)将计算的理论上无单位的激励电流幅度补偿量ΔA_nc转换为以dB为单位的补偿量，确定归一化的激励电流幅度补偿量；

对式(18)的归一化激励电流幅度补偿量取对数为：

ΔA″_nc(dB)＝-20lg(ΔA'_nc) (19)

确定数字衰减器的最小步进值ΔA_min，得到激励电流幅度补偿量：

根据天线阵元的相位补偿量和激励幅度补偿量，可以快速计算出能够直接用于工程中的阵列天线阵元激励电流幅度和相位补偿量，以对弹载有源相控阵天线的电性能进行在线自适应补偿。