內(nèi)監(jiān)測法評估數(shù)字陣?yán)走_陣面性能的可行性探討

唐曉雷，張　璇

（南京電子技術(shù)研究所，江蘇　南京　210039）

內(nèi)監(jiān)測法評估數(shù)字陣?yán)走_陣面性能的可行性探討

唐曉雷，張璇

（南京電子技術(shù)研究所，江蘇南京210039）

內(nèi)監(jiān)測法作為監(jiān)測陣面T/R組件性能的常用手段，文章對其用于評估陣面性能的可行性進行了探討，給出了內(nèi)監(jiān)測法評估陣面性能的具體實現(xiàn)方法，通過matlab仿真，分析了內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)幅相誤差對陣面性能評估的影響程度，并驗證了內(nèi)監(jiān)測法用于陣面性能初步評估的可行性。

內(nèi)監(jiān)測；數(shù)字陣；陣面性能評估

數(shù)字陣?yán)走_陣面性能評估方法很多，可以通過微波暗室近場測量法測量陣面單元口徑電流分布，利用傅里葉變換將口經(jīng)場等效為遠場方向圖的方法評估陣面性能，也可以直接通過遠場法畫方向圖的方法評估陣面性能［1—3］。內(nèi)監(jiān)測法作為一種常用的監(jiān)測陣面組件通道完好性的手段，具有快速性和實時性等特點［4］，本文根據(jù)內(nèi)監(jiān)測原理，探討其評估陣面性能的可行性。

1　內(nèi)監(jiān)測法介紹

內(nèi)監(jiān)測法作為一種常用的監(jiān)測相控陣?yán)走_陣面T/R組件性能的手段，原理框圖如圖1所示，其監(jiān)測信號一般來自于雷達自帶的頻率元系統(tǒng)或發(fā)射前級系統(tǒng)。

圖1　數(shù)字陣?yán)走_內(nèi)監(jiān)測法原理

發(fā)射監(jiān)測時，監(jiān)測信號經(jīng)過T/R組件發(fā)射通道到達耦合器前端，一部分信號經(jīng)過耦合器耦合，通過監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)進去監(jiān)測組件，另一部分信號經(jīng)過天線單元輻射到空間。監(jiān)測信號經(jīng)過監(jiān)測組件數(shù)字化后，通過光纖網(wǎng)絡(luò)進入數(shù)字波束合成（Digital Beam Forming，DBF）監(jiān)測模塊，DBF監(jiān)測模塊將對應(yīng)組件信息解碼、排序、幅相處理后送入顯控終端進行顯示。

接收監(jiān)測與發(fā)射監(jiān)測信號流程相反，監(jiān)測信號經(jīng)過監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和耦合器后，進入T/R組件接收通道并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號后，通過光纖網(wǎng)絡(luò)進入DBF模塊，DBF監(jiān)測模塊將對應(yīng)組件信息解碼、排序、幅相處理后送入顯控終端進行顯示。

由于內(nèi)監(jiān)測法的固有局限性，監(jiān)測結(jié)果無法體現(xiàn)天線單元安裝誤差、天線單元之間的互耦影響、耦合器自身的誤差。所以，在陣面設(shè)計初期，就要綜合考慮天線單元及其安裝等無源器件的安裝誤差對陣面性能的影響，分配好各節(jié)點的技術(shù)指標(biāo)。

2　內(nèi)監(jiān)測法用于陣面性能評估探討

數(shù)字陣?yán)走_陣面性能評估主要通過方向圖的保真度體現(xiàn)，即實際方向圖與設(shè)計之初陣面所定方向圖相關(guān)技術(shù)指標(biāo)之間的偏離程度。

利用內(nèi)監(jiān)測法實現(xiàn)對陣面性能評估的關(guān)鍵是盡量精確測量出T/R組件接收和發(fā)射通道的幅度和相位，從而計算出天線單元輸入端的激勵電流。

監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)作為一種無源饋電網(wǎng)絡(luò)，其穩(wěn)定性和可靠性非常高，正常情況下使用10年，幅度、相位變化不會超過0.5dB/5°。所以，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的長期穩(wěn)定性也給內(nèi)監(jiān)測法對陣面性能進行評估帶來可行性和可信性。

2.1天線單元輸入端激勵信號的獲?。?］

利用內(nèi)監(jiān)測法進行監(jiān)測系統(tǒng)和T/R組件幅相誤差測量的方法如下所述，相關(guān)信號測量簡圖如圖2所示。

圖2　內(nèi)監(jiān)測法測量各節(jié)點信號測量簡圖

陣面安裝初期，測量出監(jiān)測組件輸出端O點至第i個耦合器輸出端Ai點的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)插損，和幅相補償數(shù)據(jù)，i=1.....M，則最終求得該監(jiān)測系統(tǒng)所有的即修平該監(jiān)測系統(tǒng)。將補償數(shù)據(jù)矩陣作為補償系數(shù)，存儲在DBF系統(tǒng)或TR組件存儲器中，陣面監(jiān)測時調(diào)用，此時可以認(rèn)為監(jiān)測系統(tǒng)幅相相等。

2.2利用內(nèi)監(jiān)測法對陣面性能評估探討

內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過修調(diào)后，幅相誤差可以控制在0.5dB/5°以內(nèi)，甚至更小。下面以線陣討論內(nèi)監(jiān)測法評估陣面性能的可行性。設(shè)線陣單元數(shù)M=100個，掃描角范圍［-50°，50°］，幅度為30dB泰勒權(quán)。

分別討論：①當(dāng)內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)幅相誤差為（0.5dB， 5°）、（1dB，10°）時對陣面性能評估的影響。②內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)幅相誤差為（0.5dB，5°）條件下，對陣面性能評估的可行性。

根據(jù)一維線陣方向圖公式，利用Matlab仿真結(jié)果如圖3—4所示。

從圖3可以看出，利用內(nèi)監(jiān)測法進行陣面性能評估時，監(jiān)測系統(tǒng)幅相誤差給陣面性能帶來額外誤差。所以，陣面設(shè)計初期，即需要對內(nèi)監(jiān)測系統(tǒng)各節(jié)點技術(shù)指標(biāo)進行評估、約束。

從圖4可以看出，內(nèi)監(jiān)測法可以用來初步評估陣面性能是否滿足指標(biāo)要求，只要在陣面設(shè)計初期，給出陣面在使用過程中性能下降評估量化等級，就可以利用內(nèi)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)對陣面性能進行評估，從而得出陣面維修的時機。

圖3　監(jiān)測系統(tǒng)幅相誤差對陣面性能評估影響

圖4　內(nèi)監(jiān)測法用于陣面性能評估

3　結(jié)語

通過上述分析，可以看出，利用內(nèi)監(jiān)測法可以對陣面性能進行初步評估，尤其是在陣面近場測試轉(zhuǎn)整機聯(lián)試和售后維護階段，隨著雷達的使用時間變長，陣面T/R組件故障率會越來越高，陣面性能將越來越惡化，尋找一種陣面性能快速評估方法具有較強的現(xiàn)實意義。內(nèi)監(jiān)測法作為監(jiān)測陣面T/ R組件完好性的手段，可以用來初步評估陣面性能。

［1］鄭雪飛，高鐵.相控陣天線中場校正技術(shù)研究［J］.微波學(xué)報，2005（5）：22-25.

［2］陳文俊.數(shù)字陣列天線測量方法研究［J］.雷達與對抗，2014（2）：40-43.

［3］陳文俊，胡永君.數(shù)字陣列天線接收波束形成方法及實驗研究［J］.現(xiàn)代雷達，2011（2）：66-69.

［4］張光義.相控陣?yán)走_原理［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2007.

［5］唐曉雷，張令坤，陳飛.通道幅相誤差對數(shù)字陣列天線性能影響及校準(zhǔn)研究［J］.太赫茲科學(xué)與電子信息學(xué)報，2016（4）：46-48.

Discussion on feasibility of internal monitoring method on estimating array performance

Tang Xiaolei， Zhang Xuan
（Nanjing Research Institute of Electronics Technology， Nanjing 210039， China）

In this paper， the feasibility of internal monitoring method on array performance estimate is discussed. And a detailed realization method is given on how to estimate the array performance， through simulation with matlab soft， the infuence level of amplitude /phase error of the internal monitoring system on the estimate of array performance is analyzed， the feasibility of internal monitoring used to preliminary estimate the array performance is validated.

internal monitoring； DAR； estimation of array performance

唐曉雷（1983— ），男，江蘇泗陽，工程師。