[发明专利]全空域曲面阵多标校区域联合标校方法

说明书

本发明提出的一种全空域曲面阵多标校区域联合标校方法，用于大型共形曲面相控阵系统全空域标校。本发明通过下述技术方案予以实现：首先将相控阵系统标校区域划分为M层，根据每个标校区域的方位角和俯仰角，计算每个标校区域指向的方向图矢量；判断每个标校区域所包含的阵元；利用飞行器，搭载标校设备依次飞行到每个标校区域的指向向量方向，对该标校区域所包含的所有阵元依次进行标校，得到每个标校区域所包含阵元的标校相位，联合所有标校区域的标校相位，对各标校区域可能存在的相位系统差进行估计和补偿，同时去除重复标校的阵元，从每个标校区域选择部分阵元的标校相位，得到全阵的标校相位。

技术领域

本发明涉及一种适用于相控阵系统的标校方法，尤其是适用于全空域曲面阵系统多标校区域联合标校方法。

背景技术

随着技术的发展，在空间、临近空间、空中的飞行器数目越来越多，全空域多目标测控成为航天测控领域的一个突出问题。不论是采用基于地基的多目标测控系统，还是天基测控网系统，高效的天线系统都是保证对多目标实施有效测控管理的关键子系统。典型的地面站需要一个或者多个高性能的天线系统，能够在全空域范围内对测控目标保持持续的跟踪、测量与控制。近年来，测控天线的性能和形式有了新的突破和发展，但在全空域覆盖，快速、精确跟踪，同时伺服多个目标等方面尚显不足。目前能够满足全空域覆盖的阵列天线主要有如下几种结构形态:多面阵、曲面或共形阵以及透镜阵天线。多面阵天线都能够使波束最大增益方向指向期望目标，且在干扰方向形成零陷；只是由于遮挡效应的影响，使波束入射角变化下遮挡效应对天线方向图的影响通过对比可见，考虑遮挡效应之后，波束方向图在干扰方向(35，－30)的零点性能严重下降，已经无法对该方向的干扰进行有效抑制。球面阵在全空域内具有均匀波束增益以及低极化和低失配损失，但是工程实现和波束控制网络方面不易实现。虽然球面阵和GPDAA在全空域覆盖方面具有独特的优势，但工程实现难度大，自适应波束控制难以实现。由于阵面间的遮挡效应，对于不同的空间方位，参与发射接收的天线阵元通常不一样。在波束形成中，处于遮挡阴影区的天线单元方向图应置零。因此，对阵面间遮挡判断尤为重要，它是分析波束形成的前提。对多面阵以及曲面阵面间的遮挡判决将相当复杂，且很难判断遮挡的前后关系。由于多面阵天线的立体几何结构，使各阵面受到遮挡效应的影响。遮挡一般可以分为两种形式:一是凸曲面自身的遮挡；二是其它面对该阵面的遮挡。只有未被遮挡的阵元参与天线的波束形成，被遮挡的阵元无法接收到信号，将其方向性函数置零。因此，多面阵天线接收期望和干扰信号分别为方向图的旁瓣变高，零点深度变浅，波束形成性能明显下降。对遮挡效应的正确判断是共形天线阵列流行建模的先决条件之一，最常用的遮挡判决方法是物理光学法，它是一种高频近似法，具有算法简单，通用性强等优点，但对于曲面阵和阵面数较多的面阵计算量较大。在多目标、全空域测控中，为了使阵列天线具有足够的空间分辨能力，天线必须有足够大的口径。同时为了保证天线波束在全空域覆盖范围，避免栅瓣的影响，阵列天线的阵元间距不能过大。因此，无论是GDPAA还是多面阵天线，其阵元数目都将相当庞大。如果仍采用阵元级的数字波束形成方法，需要对每个阵元接收信号进行单独处理，每个阵元则组成一个通道，对这样的系统需要十分庞大的硬件设施，将给天线的安装、维护，波束形成算法的实现和实时性带来巨大困难。随着阵面数量的增加，多面阵天线的结构与性能越接近于GDPAA。过多的天线子阵将使波束形成算法复杂度大大增加；但阵面数目过少不仅会造成严重的栅瓣效应，还会影响天线在不同空间指向上的增益稳定性。为此需要确定合适的面阵数，使其同时满足全空域覆盖、波束控制以及工程实现等方面的要求。在增益近似稳定的前提下，阵面数目越少越便于对波束控制的实现。若将全空域划分，由不同位置的阵元负责相应的空域，虽然能够避免遮挡判决，但在对全空域目标跟踪测控时，会带来子阵的分配与管理以及波束切换策略等复杂问题。