陣元失效的共形相控陣天線性能評估研究

王 濤，陳學軍，李澤西，劉軍鋒，王 戈，鄧德鑫，辛 鑫

(1.西安衛(wèi)星測控中心，陜西 西安 710043；2.陸軍裝備部駐西安地區(qū)軍事代表局，陜西 西安 710032)

0 引言

相控陣天線具有波束指向和波束形狀快速變化的能力,易于形成多個波束,廣泛應用于雷達、通信、導航等領(lǐng)域。然而,平面相控陣在應用過程中存在波束方位角方向上無法完全覆蓋180°范圍、天線的幅度增益和方向圖等特性隨著掃描角改變、方向圖主瓣寬度隨掃描角偏離陣列法線方向的角度變大逐漸變寬、陣列分辨率也隨之下降等不足。

為了提高相控陣天線的性能,研究人員提出了共形相控陣天線概念。共形相控陣嚴格來說指的是陣列結(jié)構(gòu)與一個已預設(shè)定好的形狀共形,廣義上來說指的是陣列中的陣元安置于一平滑的平面或曲平面上。為了適應日益增長的在軌航天器測控管理需求,研究人員將共形相控陣天線技術(shù)應用于航天器測控領(lǐng)域,提出了全空域多目標測控系統(tǒng)[1]。系統(tǒng)采用球面相控陣天線與數(shù)字多波束形成技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)空間多個目標同時測控的功能,是目前最先進的測控系統(tǒng)之一,代表了未來測控系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。球面共形相控陣天線具有對于目標跟蹤可平滑過渡、相位中心唯一、球面掃描增益一致等優(yōu)點;缺點是陣面復雜,對于陣列天線通道標校和校準、多數(shù)字波束形成、天線裝配工藝、測試和維護等均提出了挑戰(zhàn)。

1998年美國空軍研究實驗室Boris Tomasic提出了網(wǎng)格球頂相控陣天線(Geadesic Dome Phased Arrary Antenna,GDPAA)方案[2],這是一種高效、多功能、低成本的球面陣列天線,由大量的子陣列拼接成一個球面,直徑10 m,可工作在L和S頻段[3]。2006年11月—2009年10月,美軍開展了GDPAA-ATD項目,完成了GDPAA原型樣機研制和驗證[1]。美國航天與導彈系統(tǒng)中心計劃在2017年完成第一個全尺寸GDPAA的工程化,但截至目前無相關(guān)公開報道。2007年,歐空局開發(fā)了一種網(wǎng)格球頂陣列天線(Geodesic Dome Array Actenna,GEODA)的多波束測控天線[4],該天線可以同時跟蹤8 顆衛(wèi)星,工作在1.7 GHz 的L頻段[5]。2020年8月,美國洛克希德·馬丁公司成功完成了多波束多任務(wù)(MBMM)天線的相控陣傳輸測試,并期待后續(xù)對該相控陣能力進行完整的端到端任務(wù)演示。美國空軍計劃將MBMM天線納入美國空軍的衛(wèi)星控制網(wǎng)絡(luò),用于對美國國防部的衛(wèi)星進行操作和維護。

與此同時,共形相控陣天線技術(shù)一經(jīng)提出也受到國內(nèi)研究人員的廣泛關(guān)注,國內(nèi)相關(guān)單位開展了大量工作。在文獻[6-9]中,重點對全空域球面相控陣天線的基本原理、波束形成方法、波束控制方法等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,并將相關(guān)技術(shù)應用于現(xiàn)有多目標測控系統(tǒng)。文獻[10-16]對全空域球面相控陣天線的角跟蹤環(huán)路設(shè)計與角跟蹤方法、波束合成的頻響特性、零點約束方向圖綜合方法、過頂跟蹤方法和波束形成器的優(yōu)化設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究,為共形相控陣多目標測控系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了扎實的理論基礎(chǔ)。與此同時,文獻[17]對空域全數(shù)字相控陣測控系統(tǒng)進行了設(shè)計,文獻[18]對數(shù)字多波束形成與波束跟蹤算法進行了研究,文獻[19]對子陣級寬帶數(shù)字多波束形成技術(shù)進行了研究。經(jīng)過不懈努力,國內(nèi)全空域球面相控陣天線技術(shù)研究已領(lǐng)先國外,且相關(guān)技術(shù)已得到實際應用。

目前,球面共形相控陣天線用到的陣元數(shù)達數(shù)萬個,其后的波束形成模塊,包括信道設(shè)備、數(shù)據(jù)采集傳輸及波束形成算法極其復雜。全空域相控陣測控系統(tǒng)采用球面共形布陣,所用天線陣元數(shù)目龐大,這就使得系統(tǒng)維護的復雜度非常大。與傳統(tǒng)天線不同,全空域共形相控陣天線采用陣元合成波束,實現(xiàn)對空間目標的連續(xù)測控,當陣元出現(xiàn)失效后,將直接影響波束合成的性能,但是影響程度如何,是否會影響當前任務(wù)的執(zhí)行,目前尚缺乏研究。同時,共形相控陣天線工作過程中,陣元失效后因無任務(wù)空閑時間,難以對失效陣元進行實時維護。

為了更好地掌握球面共形相控陣天線波束合成的性能,為系統(tǒng)的任務(wù)規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐,同時為更好地指導全空域球面共形相控陣天線的維護,首先,基于數(shù)字波束形成技術(shù)建立系統(tǒng)波束形成仿真模型,并通過Matlab軟件完成模型實現(xiàn);其次,分析均勻和集中2種方式下,不同數(shù)量陣元失效對于天線波束合成質(zhì)量的影響;最后,開展球面相控陣多目標測控系統(tǒng)天線陣元失效外場試驗,對比分析天線陣元失效理論分析結(jié)果與外場試驗結(jié)果,對球面相控陣多目標測控系統(tǒng)陣元失效理論分析方法的有效性進行驗證。

1 球面共形相控陣天線測控系統(tǒng)

球面共形相控陣天線測控系統(tǒng)是共形相控陣天線技術(shù)與數(shù)字多波束形成技術(shù)在測控系統(tǒng)中的首次應用,具備空間多個目標同時測控的能力,如圖1所示。

圖1 全空域多目標測控Fig.1 Multi-target TT&C in full airspace

1.1 系統(tǒng)基本原理

球面共形相控陣天線測控系統(tǒng)通過相控陣天線完成目標信號的接收,采用數(shù)字多波束技術(shù)同時形成多個波束,實現(xiàn)多個目標的同時測控,系統(tǒng)基本原理框圖如圖2所示。

圖2 球面共形相控陣天線測控系統(tǒng)原理Fig.2 Schematic diagram of spherical conformal phased array antenna TT&C system

球面共形相控陣天線測控系統(tǒng)主要由陣列天線及射頻分系統(tǒng)、多功能數(shù)字基帶分系統(tǒng)、監(jiān)控分系統(tǒng)、時頻分系統(tǒng)、測試標校分系統(tǒng)、記錄分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交互分系統(tǒng)及健康管理分系統(tǒng)組成。陣列天線及射頻分系統(tǒng)主要由天線結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)、天線射頻子系統(tǒng)、波束形成與控制子系統(tǒng)及中頻數(shù)字開關(guān)矩陣等構(gòu)成,主要完成目標信號的接收、處理并形成多個波束;多功能數(shù)字基帶分系統(tǒng)主要包含基帶設(shè)備,完成各個波束的信號處理;監(jiān)控分系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的“大腦”,完成全系統(tǒng)的控制,保證系統(tǒng)能夠正常運行;時頻分系統(tǒng)主要為系統(tǒng)提供統(tǒng)一的時鐘信號和頻綜信號,保證系統(tǒng)各項信號梳理功能同步并正常;測試標校分系統(tǒng)主要完成系統(tǒng)安裝聯(lián)試過程功能調(diào)試和功能指標測試;記錄分系統(tǒng)主要完成目標信號的記錄,為故障排查提供支持;數(shù)據(jù)交互分系統(tǒng)主要完成系統(tǒng)與用戶單位間信息交互;健康管理分系統(tǒng)主要完成系統(tǒng)所有分機工作狀態(tài)的監(jiān)視、故障的診斷與預測等。

1.2 球面共形陣列天線結(jié)構(gòu)

球面共形相控陣天線測控系統(tǒng)采用球形共形陣列天線,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。陣元分別形成收發(fā)組件,收發(fā)組件均勻分布在陣面上。

圖3 球面共形相控陣天線測控系統(tǒng)天線Fig.3 Antenna of spherical conformal phased array antenna TT&C system

系統(tǒng)天線子陣包含4條接收組件和4條發(fā)射組件,每條組件包含8個陣元。系統(tǒng)天線子陣內(nèi)收發(fā)組件共4種排列方式:第1種為接收組件-發(fā)射組件交替豎向排列;第2種為發(fā)射組件-接收組件交替豎向排列;第3種為接收組件-發(fā)射組件交替橫向排列;第4種為發(fā)射組件-接收組件交替橫向排列。

共形相控陣天線結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)電波束全空域覆蓋,具有對于目標跟蹤可平滑過渡、相位中心唯一、球面掃描增益一致等優(yōu)點[7]。同時,天線在跟蹤目標過程中不依賴機械裝置實現(xiàn)運動目標的跟蹤,具有波束指向的瞬時性和準確性。

1.3 數(shù)字波束形成技術(shù)

數(shù)字波束形成技術(shù)是自適應波束形成與先進數(shù)字技術(shù)相結(jié)合發(fā)展而來,它是軟件天線指向性接收的基礎(chǔ)[18]。數(shù)字波束形成是把天線輸出的信號經(jīng)放大、下變頻器變換為中頻或基帶信號后,進行模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換,然后送到數(shù)字多波束形成器的信號處理單元完成對各路信號的復加權(quán)處理,最后形成所需的波束信號。

陣列天線接收機體制主要有2種方式:超外差接收體制和直接變頻體制[6-7]。二者的區(qū)別在于將接收信號下變頻到基帶信號所用的變頻鏈路不同,直接變頻體制采用一級變頻,超外差接收體制采用二級變頻。超外差接收體制降低了對于AD采樣的要求,但提高了信道的復雜度,同時受射頻移相精度限制,降低了波束指向精度,導致旁瓣升高,不利于多目標多波束形成。因此,本系統(tǒng)采用直接射頻采樣接收體制實現(xiàn)的數(shù)字波束形成,基本流程如圖4所示。

圖4 數(shù)字波束形成流程Fig.4 Digital beamforming process

圖4中,M表示形成波束數(shù)目,采用直接射頻采樣數(shù)字波束合成具有如下優(yōu)點:① 省去了下變頻鏈路,簡化了陣列天線結(jié)構(gòu),便于實現(xiàn)集成化;② 形成靈活的可擴展模塊,可擴展為行波束形成、列波束形成、子陣波束形成及陣面波束形成等模塊;③ 采用數(shù)字化,可靈活形成多波束;④ 容易形成零陷,抗干擾性強。

陣元在球面上均勻分布,如圖5所示(圖中僅畫出第n環(huán))[7-8]。

圖5 共形球面陣Fig.5 Conformal spherical array

第m個陣元坐標為(xmn,ymn,zmn),則:

(1)

(2)

式中:λ為波長,ωmn為加權(quán)系數(shù),陣元參與波束合成時ωmn為1,反之為0,θ為目標方位角,φ為俯仰角。

因信號到達不同陣元的距離存在偏差,為保證各個陣元信號能夠順利形成波束,需要對不同陣元的相位進行補償,共形陣相位補償因子為:

(3)

式中:θT為陣元T對應的方位角,φT為對應的俯仰角。以上分析中的坐標(xmn,ymn,zmn)既可表示陣元的坐標,也可表示第m個子陣的坐標。

2 共形相控陣天線失效仿真評估

2.1 共形相控陣天線失效評估方法

為了有效評估相控陣天線陣元失效對天線波束合成性能的影響,提出一種基于仿真分析的全空域多目標測控系統(tǒng)天線陣元失效評估方法,如圖6所示。

圖6 球面共形相控陣測控系統(tǒng)天線失效評估方法Fig.6 Damage evaluation method for spherical conformal phased array TT&C system

首先,基于數(shù)字波束合成技術(shù)建立系統(tǒng)天線波束合成的仿真模型,并基于Matlab完成系統(tǒng)波束合成仿真模型,為天線陣元失效評估奠定基礎(chǔ)。

其次,選擇天線增益、歸一化旁瓣和歸一化柵瓣等指標,作為衡量波束合成的主要性能指標。基于建立的天線波束合成仿真模型,分析參與波束合成天線陣元在集中失效和均勻失效情況下,不同數(shù)目陣元失效對于波束合成性能的影響。

最后,開展天線陣元失效外場測試試驗,對基于仿真分析的全空域多目標測控系統(tǒng)天線陣元失效分析方法的有效性進行驗證,并分析試驗結(jié)果,掌握系統(tǒng)的作戰(zhàn)指標性能底數(shù)。

2.2 接收陣元失效仿真評估

選擇等效口徑5.5 m的球面陣作為研究對象,天線接收和發(fā)射分置,天線陣包含472個天線子陣,每個子陣包含32個接收陣元和32個發(fā)射陣元。選擇S頻段中心頻點2.25 GHz作為仿真頻點[14],對接收天線波束合成進行仿真分析。在此基礎(chǔ)上,分析參與波束合成的陣元在集中失效分布和均勻失效分布方式下,不同數(shù)量陣元失效對波束合成的影響。

在使用舊建筑風格設(shè)計建筑設(shè)施時，需要注重經(jīng)濟效益，應當盡可能地減少施工的成本費用，減少建筑設(shè)施的維修運行費用。按因地制宜的原則合理使用地方建筑材料，在確保安全兼具美觀的前提下最大限度地降低工程費用。

以S頻段下行頻率中心頻點2.25 GHz為仿真頻率,在0°方位上,分析5°、45°、90°俯仰條件下的波束合成,仿真得到不同頻點和俯仰條件下的方向圖。因仿真得到的方向圖較多,此處僅給出中心頻點2.25 GHz在45°俯仰條件下的方向圖,如圖7所示,圖中X為方位角,Y為俯仰角,Z為信號幅度。

(a) 三維立體方向圖

(b) 方位面方向圖

(c) 俯仰面方向圖圖7 2.25 GHz接收波束在(0°,45°)的方向圖Fig.7 Receiving beam patterns in direction (0°, 45°) at 2.25 GHz

分析不同頻點在不同俯仰條件下的方向圖仿真結(jié)果,得到波束合成的主要指標仿真結(jié)果如表1所示,主旁瓣比指主瓣增益與第一旁瓣增益之差,第一旁瓣如圖7(c)中(43.6, 20.05)所示。主柵瓣比指主瓣增益與最大柵瓣增益之差,柵瓣如圖7(a)中(44, -13, 18.93)所示。

表1 接收波束主要性能指標Tab.1 Main performance indicators of receiving beam

在球面相控陣天線波束合成的過程中,根據(jù)目標方位60°范圍覆蓋天線陣元為參與波束合成的陣元,其對波束合成的權(quán)值為“1”,未參與波束合成陣元權(quán)值為“0”,通過將參與波束合成陣元的狀態(tài)由“1”更改為“0”,模擬陣元失效。在不同方位下,分別模擬相控陣天線陣元5%、10%、20%均勻失效和集中失效,其中天線陣元均勻失效指失效陣元均勻分布在參與波束合成的陣元中,集中失效是指以目標指向為中心,相鄰的天線陣元出現(xiàn)失效。通過仿真分析得到不同失效條件下相控陣天線波束合成的方向圖,從而分析天線陣元失效對于波束合成的影響。因仿真方向圖較多,此處僅給出中心頻點2.25 GHz在(0°,45°)方向陣元集中失效方式下波束合成方向圖,如圖8～圖10所示,紅色曲線為陣元失效后方向圖曲線,藍色曲線為正常狀態(tài)下方向圖曲線。

(a)方位面方向圖

(b)俯仰面方向圖圖8 5%陣元集中失效時合成波束方向圖Fig.8 Formed beam patterns when 5% of the array elements fail concentratedly

(a)方位面方向圖

(b)俯仰面方向圖圖9 10%陣元集中失效時合成波束方向圖Fig.9 Formed beam pattern when 10% of the array elements fail concentratedly

(a)方位面方向圖

(b)俯仰面方向圖圖10 20%陣元集中失效時合成波束方向圖Fig.10 Formed beam pattern when 20% of the array elements fail concentratedly

分析不同俯仰條件下,5%、10%、20%陣元均勻與集中失效下的方向圖,波束合成指標如表2和表3所示。

表2 5%、10%、20%陣元均勻失效下接收波束合成主要指標Tab.2 Main performance indicators of receiving beam when 5%、10%、20% array elements fail uniformly

表3 5%、10%、20%陣元集中失效下接收波束合成主要指標Tab.3 Main performance indicators of receiving beam when 5%、10%、20% array elements fail concentratedly

由表2和表3可知,陣元失效率越大,合成波束主瓣增益下降越多,且陣元均勻失效合成波束增益下降量低于陣元集中失效方式。波束指向俯仰角分別為5°、45°、90°、陣元均勻失效5%時,接收波束主瓣增益下降量為0.29、0.13、0.18 dB;陣元均勻失效10%時,接收波束主瓣增益下降量為0.42、0.34、0.47 dB,陣元均勻失效20%時,接收波束主瓣增益下降量為0.97、0.96、0.96 dB。

波束指向俯仰角分別為5°、45°、90°,陣元集中失效5%時,接收波束主瓣增益下降量為0.39、0.41、0.41 dB;陣元集中失效10%時,接收波束主瓣增益下降量為0.79、0.85、0.78 dB;陣元集中失效20%時,接收波束主瓣增益下降量為1.77、1.74、1.47 dB。

陣元失效后,主旁瓣比下降量為正表示陣元失效后旁瓣信號增強,主旁瓣比下降量為負表示陣元失效后旁瓣信號減弱。主柵瓣比原理一致,主旁瓣比與主柵瓣比是否下降與失效陣元的位置相關(guān),后續(xù)將針對性進行研究。

2.3 發(fā)射陣元失效仿真評估

因系統(tǒng)天線收發(fā)組件分置,采用接收天線失效分析方法對發(fā)射天線失效進行分析,系統(tǒng)天線子陣中包含4條發(fā)射組件,與接收組件交替放置,每條組件包含8個陣元,如圖4所示。

參照文獻[14],以S頻段上行頻率中心頻點2.07 GHz為仿真頻率,在0°方位上,分析5°、45°、90°俯仰條件下的波束合成,仿真得到不同頻點和俯仰條件下的方向圖。因仿真得到的方向圖較多,此處僅給出中心頻點2.07 GHz在45°俯仰條件下的方向圖,如圖11所示。

(a)三維立體方向圖

(b)方位面方向圖

(c)俯仰面方向圖圖11 2.07 GHz發(fā)射波束在(0°,45°)的方向圖Fig.11 Transmiting beam patterns in direction (0°, 45°) at 2.07 GHz

方向圖的第一旁瓣如圖11(c)中(43.5,55.35)所示,柵瓣如圖11(a)中(44, 14, 51.44)所示。分析不同頻點在不同俯仰條件下的方向圖仿真結(jié)果,得到波束合成的主要指標仿真結(jié)果如表4所示。

表4 發(fā)射波束主要性能指標Tab.4 Main performance indicators of transmitting beam

在不同方位下,分別模擬相控陣天線陣元5%、10%、20%均勻失效和集中失效,仿真不同失效條件下相控陣天線波束合成的方向圖,從而分析陣元失效對于波束合成的影響。

經(jīng)過仿真分析可知,陣元失效率越大,合成波束主瓣增益下降越多,且陣元均勻失效合成波束增益下降量低于陣元集中失效方式。波束指向俯仰角分別為5°、45°、90°,陣元均勻失效5%時,發(fā)射波束主瓣增益下降量為0.54、0.36、0.39 dB;陣元均勻失效10%時,發(fā)射波束主瓣增益下降量為0.8、0.74、0.91 dB;陣元均勻失效20%時,發(fā)射波束主瓣增益下降量為1.94、1.93、1.91 dB。

波束指向俯仰角分別為5°、45°、90°,陣元集中失效5%時,發(fā)射波束主瓣增益下降量為0.74、0.74、0.73 dB;陣元集中失效10%時,發(fā)射波束主瓣增益下降量分別為1.41、1.33、1.46 dB;陣元集中失效20%時,發(fā)射波束主瓣增益下降量分別為3.02、3、2.86 dB。

陣元失效后,主旁瓣比下降量為正表示陣元失效后旁瓣信號增強,主旁瓣比下降量為負表示陣元失效后旁瓣信號減弱。主柵瓣比原理一致,主旁瓣比與主柵瓣比是否下降與失效陣元的位置相關(guān),后續(xù)將針對性進行研究。

3 試驗驗證分析

采用對塔測試方式,對全空域球面相控陣天線陣元失效對波束合成性能進行了試驗測試,天線等效口徑5.5 m,與仿真分析天線模型完全一致。受標校塔高度所限,對塔方向波束指向俯仰為1.8°。通過關(guān)閉陣元的供電的方式模擬陣元均勻失效和集中失效,失效比例分為5%、10%、20%。發(fā)射天線陣元失效測試時,地面發(fā)射2.07 GHz單載波信號,塔上利用頻譜儀測試接收信號電平大小。接收天線陣元失效測試時,塔上發(fā)射2.25 GHz單載波信號,地面利用頻譜儀測試設(shè)備接收信號電平大小。通過測試陣元失效前后上下行信號強度的變化,進而評估陣元失效對天線合成增益的影響,測試結(jié)果如表5和表6所示。

表5 發(fā)射相控陣天線陣元失效試驗Tab.5 Damage experiments of transmit array antenna elements

表6 接收相控陣天線陣元失效試驗Tab.6 Damage experiments of receiving array antenna elements

分析理論仿真結(jié)果與試驗測試結(jié)果可知,發(fā)射相控陣天線陣元失效的試驗結(jié)果與理論分析結(jié)果基本一致,可以通過理論分析結(jié)果開展發(fā)射天線陣元失效分析。同時,相同數(shù)目陣元失效情況下,陣元集中失效方式比均勻失效方式對波束合成增益的影響更大。陣元在相同失效方式下,失效數(shù)目越多,對天線波束合成增益影響越大。

在相控陣天線接收陣元失效對波束合成性能影響理論分析方法正確性驗證的基礎(chǔ)上,結(jié)合第2節(jié)不同俯仰條件和不同失效方式下天線陣元失效對波束性能的影響分析,球面相控陣天線測控系統(tǒng)中發(fā)射陣元失效不超過5%時,系統(tǒng)發(fā)射波束主瓣增益下降量不超過1 dB。發(fā)射陣元失效不超過10%時,系統(tǒng)發(fā)射波束主瓣增益下降量不超過2 dB。發(fā)射陣元失效不超過20%時,系統(tǒng)發(fā)射波束主瓣增益下降量不超過4 dB。

同理,接收相控陣天線陣元失效的試驗結(jié)果與理論分析結(jié)果基本一致,可以通過理論分析結(jié)果開展接收天線陣元失效分析。由測試結(jié)果可知,相同數(shù)目陣元失效情況下,陣元集中失效方式比均勻失效方式對波束合成增益的影響更大。陣元在相同失效方式下,失效數(shù)目越多,對天線波束合成增益影響越大。

在相控陣天線發(fā)射陣元失效對波束合成性能影響理論分析方法正確性驗證的基礎(chǔ)上,結(jié)合不同俯仰條件和不同失效方式下天線陣元失效對波束性能的影響分析,球面相控陣天線測控系統(tǒng)中接收陣元失效不超過5%時,系統(tǒng)接收波束主瓣增益下降量不超過1 dB。接收陣元失效不超過10%時,系統(tǒng)波束主瓣增益下降量不超過2 dB。接收陣元失效不超過20%時,系統(tǒng)波束主瓣增益下降量不超過3 dB。

4 結(jié)論

為有效評估全空域多目標測控系統(tǒng)天線陣元失效對波束合成的影響,基于數(shù)字波束合成技術(shù),提出一種基于仿真分析的系統(tǒng)天線失效評估方法。對塔的系統(tǒng)接收和發(fā)射相控陣天線陣元失效試驗結(jié)果表明,基于理論仿真的陣元失效影響分析方法能夠準確評估陣元失效對波束合成的影響,能夠為基于共形相控陣天線的多目標測控系統(tǒng)任務(wù)規(guī)劃和收發(fā)組件故障后的維修更換提供理論指導。在此基礎(chǔ)上,相同數(shù)目天線陣元失效情況下,陣元集中失效方式比均勻失效方式對波束合成增益的影響更大。陣元在相同失效方式下,失效數(shù)目越多,對天線波束合成增益影響越大。同時,由理論分析可知,球面相控陣天線測控系統(tǒng)陣元失效不超過5%、10%、20%時,天線波束主瓣增益對應下降量不超過1、2、4 dB。

下一步,將借助無人機平臺,繼續(xù)開展不同俯仰條件下,天線陣元失效對于波束合成性能的影響,并研究天線陣元失效位置對天線增益、旁瓣電平和柵瓣電平的影響,并根據(jù)分析結(jié)果完善系統(tǒng)天線陣元失效后的維修維護策略。