宽带相控阵雷达数字化技术研究与实现

发布时间：2017-07-27 03:20

  本文关键词：宽带相控阵雷达数字化技术研究与实现

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【摘要】：宽频带相控阵雷达是我国国防现代化建设的重要装备，，为了实现远的探测距离，需要相控阵雷达具有大的口径；为了实现大角度空域覆盖，需要相控阵雷达具有宽角扫描能力；为了实现空间目标识别，需要相控阵雷达具有高的距离分辨力，即雷达发射信号要具有大的带宽。但是，随着天线口径和发射信号带宽的增加，相控阵雷达的孔径效应越来越严重，若不进行孔径渡越时间补偿，将导致合成后的回波信号能量损失，进而造成雷达探测威力下降。 针对孔径渡越时间问题，经典的解决办法是在子阵级使用实时延迟线（True TimeDelay，简称TTD），但由于延迟线存在体积大、价格高、量化精度低，在宽温范围内难以做到高精度延时等问题，该解决方法会带来雷达系统成本、重量和设计复杂度的增加，因此国内外雷达设计者致力于寻找替代模拟延迟线的解决方法。以数字TR模块为核心部件的数字化阵列雷达，可以很好地解决上述问题。本文选取数字化的核心部分数字TR组件，从以下几个方面进行研究分析： (1)首先详细研究了宽带相控阵雷达存在的问题，并对现有的解决方法进行了分析。详细讨论了相控阵天线的窄带特性、孔径效应、以及对雷达信号带宽的限制。简要介绍了传统模拟补偿方法的弊端。 (2)研究了宽带相控阵雷达数字化的关键技术，包括系统框架设计，发射采用直接chirp信号生成（DDCS）算法和高速率FPGA+DAC的结构实现，接收采用数字化接收机进行数字去斜和数字下变频处理；又讨论了系统多通道同步技术以及后续的数字信号处理算法。 (3)研究了数字T/R模块的详细设计，包括系统架构和各模块的软硬件设计。系统主要由数字TR板、光纤收发板、PCIE采集板和电源转换板四部分组成。最后结合实际的硬件系统平台，对提出的信号处理算法和孔径渡越时间的数字补偿方法进行实验验证。
【关键词】：宽带相控阵 孔径渡越时间 数字T/R 数字补偿
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN958.92
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-11
• 1.2.1 数字 TR 组件发展前景10-11
• 1.2.2 数字波束形成技术的研究现状11
• 1.3 本文研究内容及结构安排11-13
• 第2章 宽频带相控阵雷达关键问题研究13-21
• 2.1 相控阵天线的窄带特性13-14
• 2.2 相控阵天线的孔径效应14-16
• 2.3 孔径渡越时间对雷达信号瞬时带宽的限制16-17
• 2.4 孔径渡越时间对 LFM 信号调频速率的限制17-19
• 2.5 宽带相控阵雷达传统解决方案19-20
• 2.6 本章小结20-21
• 第3章 宽频带相控阵雷达数字化关键技术21-47
• 3.1 数字波束形成21-24
• 3.2 孔径渡越时间数字补偿24-30
• 3.2.1 LFM 信号的特殊处理25-29
• 3.2.2 非线性调频信号高精度数字延时29-30
• 3.3 宽带信号直接数字产生30-31
• 3.4 数字化接收机31-32
• 3.5 高精度系统同步32-37
• 3.5.1 时钟同步33-34
• 3.5.2 触发同步34-36
• 3.5.3 并行化同步36-37
• 3.6 通道间相位一致性补偿方法37-41
• 3.6.1 中频补偿方法37-39
• 3.6.2 射频补偿方法39-41
• 3.7 系统自校准方法41-46
• 3.7.1 阵面集成后误差提取方法41-45
• 3.7.2 结论45-46
• 3.8 本章小结46-47
• 第4章 宽带相控阵雷达数字 T/R 模块设计47-73
• 4.1 总体架构48
• 4.2 硬件方案设计48-53
• 4.2.1 数字 TR 板硬件设计48-51
• 4.2.2 光纤接口转换板51-53
• 4.3 软件方案设计53-70
• 4.3.1 软件总体设计53-55
• 4.3.2 各模块设计55-66
• 4.3.3 接口控制板 FPGA 设计66-70
• 4.4 采集带宽分析70
• 4.5 多通道同步设计70-72
• 4.6 本章小结72-73
• 第5章 宽带数字 T/R 模块实现技术73-83
• 5.1 数字补偿实验验证73-77
• 5.1.1 孔径渡越时间补偿73-75
• 5.1.2 通道间一致性数字补偿75-77
• 5.2 高精度延时验证77-78
• 5.3 数字波束形成78-81
• 5.4 本章小结81-83
• 第6章 总结与展望83-85
• 参考文献85-89
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单89-91
• 致谢91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 文树梁;宽带相控阵雷达Stretch处理聚焦波束形成技术[J];航天电子对抗;2004年02期

2 朱庆明;数字阵列雷达述评[J];雷达科学与技术;2004年03期

3 吴曼青;;数字阵列雷达的发展与构想[J];雷达科学与技术;2008年06期

4 林仙立,高小榕;基于分数延迟的有限冲激响应型梳状滤波器[J];清华大学学报(自然科学版);2004年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 严济鸿;宽带相控阵雷达波束控制技术研究[D];电子科技大学;2011年

本文编号：579618