內(nèi)監(jiān)測(cè)法評(píng)估數(shù)字陣?yán)走_(dá)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(cè)法評(píng)估數(shù)字陣?yán)走_(dá)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(cè)法作為監(jiān)測(cè)陣面T/R組件性能的常用手段，文章對(duì)其用于評(píng)估陣面性能的可行性進(jìn)行了探討，給出了內(nèi)監(jiān)測(cè)法評(píng)估陣面性能的具體實(shí)現(xiàn)方法，通過(guò)matlab仿真，分析了內(nèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)幅相誤差對(duì)陣面性能評(píng)估的影響程度，并驗(yàn)證了內(nèi)監(jiān)測(cè)法用于陣面性能初步評(píng)估的可行性。

內(nèi)監(jiān)測(cè)；數(shù)字陣；陣面性能評(píng)估

數(shù)字陣?yán)走_(dá)陣面性能評(píng)估方法很多，可以通過(guò)微波暗室近場(chǎng)測(cè)量法測(cè)量陣面單元口徑電流分布，利用傅里葉變換將口經(jīng)場(chǎng)等效為遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖的方法評(píng)估陣面性能，也可以直接通過(guò)遠(yuǎn)場(chǎng)法畫(huà)方向圖的方法評(píng)估陣面性能［1—3］。內(nèi)監(jiān)測(cè)法作為一種常用的監(jiān)測(cè)陣面組件通道完好性的手段，具有快速性和實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)［4］，本文根據(jù)內(nèi)監(jiān)測(cè)原理，探討其評(píng)估陣面性能的可行性。

1　內(nèi)監(jiān)測(cè)法介紹

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

圖1　數(shù)字陣?yán)走_(dá)內(nèi)監(jiān)測(cè)法原理

發(fā)射監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)T/R組件發(fā)射通道到達(dá)耦合器前端，一部分信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合器耦合，通過(guò)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)去監(jiān)測(cè)組件，另一部分信號(hào)經(jīng)過(guò)天線(xiàn)單元輻射到空間。監(jiān)測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)組件數(shù)字化后，通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入數(shù)字波束合成（Digital Beam Forming，DBF）監(jiān)測(cè)模塊，DBF監(jiān)測(cè)模塊將對(duì)應(yīng)組件信息解碼、排序、幅相處理后送入顯控終端進(jìn)行顯示。

接收監(jiān)測(cè)與發(fā)射監(jiān)測(cè)信號(hào)流程相反，監(jiān)測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和耦合器后，進(jìn)入T/R組件接收通道并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后，通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入DBF模塊，DBF監(jiān)測(cè)模塊將對(duì)應(yīng)組件信息解碼、排序、幅相處理后送入顯控終端進(jìn)行顯示。

由于內(nèi)監(jiān)測(cè)法的固有局限性，監(jiān)測(cè)結(jié)果無(wú)法體現(xiàn)天線(xiàn)單元安裝誤差、天線(xiàn)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(jì)初期，就要綜合考慮天線(xiàn)單元及其安裝等無(wú)源器件的安裝誤差對(duì)陣面性能的影響，分配好各節(jié)點(diǎn)的技術(shù)指標(biāo)。

2　內(nèi)監(jiān)測(cè)法用于陣面性能評(píng)估探討

數(shù)字陣?yán)走_(dá)陣面性能評(píng)估主要通過(guò)方向圖的保真度體現(xiàn)，即實(shí)際方向圖與設(shè)計(jì)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(cè)法實(shí)現(xiàn)對(duì)陣面性能評(píng)估的關(guān)鍵是盡量精確測(cè)量出T/R組件接收和發(fā)射通道的幅度和相位，從而計(jì)算出天線(xiàn)單元輸入端的激勵(lì)電流。

監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)作為一種無(wú)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(huì)超過(guò)0.5dB/5°。所以，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性也給內(nèi)監(jiān)測(cè)法對(duì)陣面性能進(jìn)行評(píng)估帶來(lái)可行性和可信性。

2.1天線(xiàn)單元輸入端激勵(lì)信號(hào)的獲取［5］

利用內(nèi)監(jiān)測(cè)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和T/R組件幅相誤差測(cè)量的方法如下所述，相關(guān)信號(hào)測(cè)量簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2　內(nèi)監(jiān)測(cè)法測(cè)量各節(jié)點(diǎn)信號(hào)測(cè)量簡(jiǎn)圖

陣面安裝初期，測(cè)量出監(jiān)測(cè)組件輸出端O點(diǎn)至第i個(gè)耦合器輸出端Ai點(diǎn)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)插損，和幅相補(bǔ)償數(shù)據(jù)，i=1.....M，則最終求得該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所有的即修平該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。將補(bǔ)償數(shù)據(jù)矩陣作為補(bǔ)償系數(shù)，存儲(chǔ)在DBF系統(tǒng)或TR組件存儲(chǔ)器中，陣面監(jiān)測(cè)時(shí)調(diào)用，此時(shí)可以認(rèn)為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)幅相相等。

2.2利用內(nèi)監(jiān)測(cè)法對(duì)陣面性能評(píng)估探討

內(nèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)修調(diào)后，幅相誤差可以控制在0.5dB/5°以?xún)?nèi)，甚至更小。下面以線(xiàn)陣討論內(nèi)監(jiān)測(cè)法評(píng)估陣面性能的可行性。設(shè)線(xiàn)陣單元數(shù)M=100個(gè)，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(cè)系統(tǒng)幅相誤差為（0.5dB， 5°）、（1dB，10°）時(shí)對(duì)陣面性能評(píng)估的影響。②內(nèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)幅相誤差為（0.5dB，5°）條件下，對(duì)陣面性能評(píng)估的可行性。

根據(jù)一維線(xiàn)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(cè)法進(jìn)行陣面性能評(píng)估時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)幅相誤差給陣面性能帶來(lái)額外誤差。所以，陣面設(shè)計(jì)初期，即需要對(duì)內(nèi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估、約束。

從圖4可以看出，內(nèi)監(jiān)測(cè)法可以用來(lái)初步評(píng)估陣面性能是否滿(mǎn)足指標(biāo)要求，只要在陣面設(shè)計(jì)初期，給出陣面在使用過(guò)程中性能下降評(píng)估量化等級(jí)，就可以利用內(nèi)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)陣面性能進(jìn)行評(píng)估，從而得出陣面維修的時(shí)機(jī)。

圖3　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)幅相誤差對(duì)陣面性能評(píng)估影響

圖4　內(nèi)監(jiān)測(cè)法用于陣面性能評(píng)估

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述分析，可以看出，利用內(nèi)監(jiān)測(cè)法可以對(duì)陣面性能進(jìn)行初步評(píng)估，尤其是在陣面近場(chǎng)測(cè)試轉(zhuǎn)整機(jī)聯(lián)試和售后維護(hù)階段，隨著雷達(dá)的使用時(shí)間變長(zhǎng)，陣面T/R組件故障率會(huì)越來(lái)越高，陣面性能將越來(lái)越惡化，尋找一種陣面性能快速評(píng)估方法具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。內(nèi)監(jiān)測(cè)法作為監(jiān)測(cè)陣面T/ R組件完好性的手段，可以用來(lái)初步評(píng)估陣面性能。

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

［2］陳文俊.數(shù)字陣列天線(xiàn)測(cè)量方法研究［J］.雷達(dá)與對(duì)抗，2014（2）：40-43.

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

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

［5］唐曉雷，張令坤，陳飛.通道幅相誤差對(duì)數(shù)字陣列天線(xiàn)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(bào)，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(yáng)，工程師。