[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

说明书

本发明公开了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，属于雷达天线技术领域，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；并对相控阵天线元器件进行温漂特性实验，获得离散温度下的传输参数曲线；采用矢量拟合的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；引入极限学习机算法建立频率、温度与频率响应函数极点、残基之间的数学模型；用测量的相控阵天线频率、温度作为输入变量，得到频率响应函数的极点、残基，确定激励电流的幅值和相位，进行电性能补偿；本发明可用于补偿受温度影响后的相控阵天线电性能，使其达到最佳工作状态。

技术领域

本发明涉及雷达天线技术领域，具体涉及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。

背景技术

有源相控阵天线指的是通过控制阵列天线中辐射单元的馈电相位来改变方向图形状的天线，具有体积小，可靠性高、功能多以及集成度高等特点，逐渐成为了目前卫星移动通信系统中最重要的天线形式。对于相控阵天线，阵面中的天线单元对温度比较敏感，温度会影响其幅值与相位，而幅值与相位值决定了相控阵天线的辐射特性，即温度不均匀分布的问题会造成收/发通道间的幅相差异，会导致天线单元的实际馈电值与理论值产生偏差，影响了天线的性能。

而对于超高声速飞行器和飞艇等，其外部条件已经不允许对其进行散热设计进行温度补偿来从而保持其温度的均匀性，其结构特征更适合电补偿的方法来维持其电性能的稳定。

目前针对温度方面进行的相控阵天线电性能补偿方法还较少：

例如，西安电子科技大学申请的专利，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”，申请日为2016年03月29日，授权公告号为CN105742817B，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，包括确定天线的结构参数、材料属性和电磁参数，确定天线环境热载荷，计算太阳照射下天线温度场分布，确定T/R组件热功耗，计算T/R组件热功耗下天线温度场分布，叠加温度场，计算天线结构热变形，提取阵元几何中心的位置偏移量，计算阵元空间相位的附加误差，确定阵元激励电流的幅度和相位分布，计算天线电性能，判断增益和指向是否同时满足要求，计算天线理想主波束指向的单位矢量、阵元空间相位的调整量、补偿后阵元激励电流相位值。但其不足之处是需要将环境热载荷和T/R热功耗进行叠加计算，转换成天线的结构变形，较为复杂。

例如，西安电子科技大学申请的专利，名称为“日照温度场作用下反射面天线电性能快速评估与补偿方法”，申请日为2019年08月16日，申请公布号为CN110470916A，公开了了一种日照温度场作用下反射面天线电性能快速评估与补偿方法，包括：依据反射面天线结构参数以及材料属性建立有限元模型；确定温度传感器在有限元模型中的位置；建立温度到热变形的映射矩阵、扰动矩阵和理想矩阵；建立扰动矩阵系数和理想矩阵系数；调用映射矩阵、扰动矩阵、理想矩阵、扰动矩阵系数和理想矩阵系数，依据热电矩阵耦合模型和实测温度快速评估日照温度场作用下的反射面天线的电性能；依据评估结果实时调整反射面天线的方位角和俯仰角，实现日照温度场作用下的反射面天线指向的快速补偿。但其不足之处是需要将温度转换成天线的结构变形，且根据评估结果机械调整反射面天线的方位角和俯仰角，较为复杂，缺乏实时性。

上述问题亟待解决，为此，提出一种基于温度场重构的相控阵天线电性能补偿方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术存在的需要将温度场叠加并转变为结构变形和机械调整电性能的缺点，提供了一种基于温度场重构的相控阵天线电性能补偿方法，该方法通过改变激励电流的幅值和相位来补偿受温度影响后的相控阵天线电性能。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

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；