[发明专利]一种基于温度场重构的相控阵天线电性能补偿方法及系统

权利要求书

1.一种基于温度场重构的相控阵天线电性能补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：确定补偿原理

根据相控阵天线的理想电性能函数及在温度发生变化时激励电流的幅值和相位的变化规律，确定相控阵天线电性能补偿原理；

S2：重构温度场

通过不完备信息下的天线温度场测量方法，对相控阵天线进行温度场瞬态仿真、实际测量和温度重构；

S3：建立温漂特性模型

对相控阵天线进行温漂特性实验，获取离散温度下的相控阵天线元器件的传输参数曲线，建立天线温漂特性模型；

S4：得到频率响应函数

采用矢量拟合方法拟合出各测试温度下传输参数随频率、温度变化的频率响应函数，进而得到该相控阵天线系统频率响应函数的极点、残基；

S5：建立频率、温度与频率响应函数的数学模型

使用极限学习机算法建立频率、温度与频率响应函数的数学模型；

S6：补偿电性能

根据相控阵天线重构温度及频率响应函数确定激励电流的幅值和相位，利用补偿原理对电性能进行补偿；

所述步骤S2的具体过程如下：

S21：建立待测天线仿真模型；

S22：获取待测天线模型的POD模式；

S23：计算待测天线的温度场；

S24：测量天线少数位置温度；

S25：重构天线温度场。

2.根据权利要求1所述的一种基于温度场重构的相控阵天线电性能补偿方法，其特征在于：在所述步骤S1中，相控阵天线的理想电性能函数如下：

其中，N为天线阵列的单元数；为第n个天线单元的激励电流，其中A_n和表示单元激励电流的幅度和相位；f_n(θ,φ)为第n个天线单元的有源单元方向图；向量为坐标原点到第n个天线单元中心的矢径，其中，x_n,y_n,z_n表示单元中心的位置坐标；为从坐标原点到(θ,φ)观察方向的单位矢量；k＝2π/λ表示波常数，其中λ是天线的工作波长。

3.根据权利要求2所述的一种基于温度场重构的相控阵天线电性能补偿方法，其特征在于：在所述步骤S1中，在温度发生变化时，激励电流的幅值和相位变化后如下：

其中，a和分别为激励幅值的影响因子和激励相位的偏移量；T和f分别为第n个天线单元所在位置处的温度和阵元的工作频率。

4.根据权利要求3所述的一种基于温度场重构的相控阵天线电性能补偿方法，其特征在于：在所述步骤S1中，幅值受温度影响以后，变成了理想情况下的a倍，相位受温度影响之后，偏移了角度，所述补偿原理即对幅值和相位进行调整，调整方式是根据幅值变化量，调整幅值为根据相位的改变量，减去角度

5.根据权利要求1所述的一种基于温度场重构的相控阵天线电性能补偿方法，其特征在于：在所述步骤S4中，频率响应函数采用有理传递函数的频率响应G表示如下：

其中，G(f)为频率f处的响应值，a_i和c_i表示传递函数的极点和残基，d、e为传递函数的修正因子，m表示阶数，其大小是根据研究对象进行确定，频率响应函数G(f)的模值G(f)表示传输参数的幅值，G(f)的角度表示传输参数的相位。

6.根据权利要求1所述的一种基于温度场重构的相控阵天线电性能补偿方法，其特征在于：在所述步骤S5中，将温漂特性中的频率、温度数据作为数学模型的训练及测试数据。

7.根据权利要求1所述的一种基于温度场重构的相控阵天线电性能补偿方法，其特征在于：在所述步骤S6中，根据重构温度和频率、温度与频率响应函数极点、残基之间的数学模型计算温度影响下的幅值和相位。

8.一种基于温度场重构的相控阵天线电性能补偿系统，其特征在于，利用如权利要求1～7任一项所述的补偿方法对天线的电性能进行补偿，包括：

补偿原理模块，用于根据相控阵天线的理想电性能函数及在温度发生变化时激励电流的幅值和相位的变化规律，确定相控阵天线电性能补偿原理；

重构模块，用于通过不完备信息下的天线温度场测量方法，对相控阵天线进行温度场瞬态仿真、实际测量和温度重构；

温漂模型模块，用于对相控阵天线进行温漂特性实验，获取离散温度下的相控阵天线元器件的传输参数曲线，建立天线温漂特性模型；

拟合模块，用于采用矢量拟合方法拟合出各测试温度下传输参数随频率、温度变化的频率响应函数，进而得到该相控阵天线系统频率响应函数的极点、残基；

极限学习模块，用于使用极限学习机算法建立频率、温度与频率响应函数的数学模型；

补偿模块，用于根据相控阵天线重构温度及频率响应函数确定激励电流的幅值和相位，利用补偿原理对电性能进行补偿；

中央处理模块，用于向其他模块发出指令，完成相关动作；

所述补偿原理模块、重构模块、温漂模型模块、拟合模块、极限学习模块、补偿模块均与中央处理模块电连接。