一种相控阵天线系统模块级误差分析控制方法

摘要

一种相控阵天线系统模块级误差分析控制方法，属于电子技术领域。本发明首先根据相控阵系统误差分析控制的概率模型，确定各个模块误差的初始值；然后根据各个模块的幅相误差以及有源单元方向图建立数值实验模型；再根据数值实验模型产生数值测试矩阵；最后通过数值实验的方式输出满足期望要求的相控阵天线系统误差分析控制结果。本发明基于各个模块误差以及它们之间互连失配的影响，通过对系统各类误差进行有效调控，最终有效地指导模块设计和系统总体设计；反过来也可以根据模块的实际幅相误差，以及各个模块互连失配导致的系统误差，对相控阵天线系统阵列副瓣电平、3dB波束宽度、阵列的增益损失、以及波束指向精度等性能指标进行评估。

主权项

1.一种相控阵天线系统模块级误差分析控制方法，包括以下步骤：步骤1：初步确定相控阵天线系统总误差δ的方差σ²；根据标准阵列天线波瓣的统计特性，建立相控阵天线系统误差分析与副瓣性能评估的概率论模型：$P(S\le S_L)={\int }_0^{s_L}\frac{S}{{\sigma }_1^2}\exp \left[\frac{-(S^2+{\bar{R}}^2)}{2{\sigma }_1^2}\right]I_0\left(\frac{S\bar{R}}{{\sigma }_1^2}\right)\mathrm{dS}---\left(1\right)$其中，P为相控阵天线系统实际副瓣电平S不超过期望副瓣电平S_L的概率，S为相控阵天线系统的实际副瓣电平，S_L为相控阵天线系统的期望副瓣电平，为副瓣与主瓣比值的平均值，I₀为瑞利分布函数；根据相控阵天线系统期望的副瓣电平S_L和概率P，由（1）式可求出相控阵天线系统中一路信道误差δ₁的方差进而可得相控阵天线系统总误差δ的方差σ²：${\sigma }^2\cong 2{\sigma }_1^2\mathrm{\eta P}\left(\Gamma \right)W---\left(2\right)$其中，η是相控阵天线系统的效率；W是相控阵天线系统阵列单元总数；P(Γ)是相控阵天线系统阵列单元的有效工作概率；Γ表示阵列单元是否损坏的随机变量分布矩阵，矩阵Γ中的元素为“1”或“0”，“1”表示对应位置的阵列单元完好，“0”表示对应位置的阵列单元损坏；步骤2：确定和的初始值；因为步骤1得出的相控阵天线系统总误差δ的方差σ²满足如下关系：$\left\{\begin{array}{c}{\sigma }^2={\sigma }_A^2+{\sigma }_{\phi }^2\\ {\sigma }_A^2={\sigma }_{A,\mathrm{TR}}^2+{\sigma }_{A,\mathrm{BF}}^2\\ {\sigma }_{\phi }^2={\sigma }_{\mathrm{AN}}^2+{\sigma }_{\phi ,\mathrm{TR}}^2+{\sigma }_{\phi ,\mathrm{BF}}^2+{\sigma }_P^2+{\sigma }_c^2\end{array}\right.---\left(3\right)$其中为相控阵天线系统总幅度误差δ_A的方差；为相控阵天线系统总相位误差δ_φ的方差；为相控阵天线系统中TR组件幅度误差δ_A,TR的方差；为相控阵天线系统中波形网络幅度误差δ_A,BF的方差；为相控阵天线系统的不平整度误差δ_AN的方差；为相控阵天线系统中TR组件相位误差δ_φ，TR的方差；相控阵天线系统中波形网络相位误差的δ_φ，BF方差；相控阵天线系统中数字移相器量化误差的方差；相控阵天线系统中模块互连失配导致的误差δ_c的方差；根据式（3），确定数值实验模型中各种误差的方差的初始输入参量；步骤3：确定相控阵天线系统中的有源单元方向图采用理论计算、电磁仿真、或实验测试的方法，获取考虑单元互耦、装配平台、阵列环境影响的有源单元方向图步骤4：构建数值实验模型；构建全空域任意阵列结构任意扫描区域的相控阵天线系统的数值实验模型F_N(θ,φ)：$F_N(\theta ,\phi )=\underset{m=1}{\overset{M}{\Sigma }}\underset{n=1}{\overset{N}{\Sigma }}\Gamma ·I_{\mathrm{mn}}·(1+{\delta }_A)\exp \left({\mathrm{j\delta }}_{\phi }\right)f_{\mathrm{mn}}^a(\theta ,\phi )\exp (\mathrm{jk}\hat{r}·R_{\mathrm{mn}})\exp (\mathrm{jk}\hat{r}·R_0)---\left(4\right)$（4）式中，是从坐标原点到观察点(θ,φ)的单位辐射矢量，R_mn是相控阵天线系统中天线单元的位置坐标，I_mn是第m行、第n列辐射单元的电流值，k为波数，j单位虚数，R₀是阵列方向图扫描时主瓣指向方向；δ_A满足均值为零，方差为的正态分布；δ_φ满足均值为零，方差为的正态分布；步骤5：根据步骤4所确定的数值实验模型，产生数值测试矩阵；所述数值测试用矩阵包括Γ矩阵、δ_A矩阵和δ_φ矩阵；所述Γ矩阵是阵列单元是否损坏的随机变量分布矩阵，其产生方式是：对于一个给定的相控阵天线系统阵列单元的有效工作概率P(Γ)，采用离散随机分布方法确定；所述δ_A矩阵是满足均值为零，方差为的正态分布矩阵；所述δ_φ矩阵是满足均值为零，方差为的正态分布矩阵；步骤6：将步骤5所产生的数值测试矩阵代入公式（4），计算得到一个相控阵天线系统的数值实验结果；步骤7：反复执行步骤5~6共T₁次，得到T₁个相控阵天线系统的数值实验结果；对T₁个相控阵天线系统的数值实验结果进行统计分析，如果达到相控阵天线系统的期望要求，则输出步骤2确定的和的值；否则执行步骤8；步骤8：对和重新赋值，返回步骤5。