共形自适应阵列信号校准方法的研究

With the appearance of various stealth carriers, conformal adaptive arrays would be widely used. Owing to the sophisticated radiation and scattering characteristics, the signal calibration of conformal adaptive arrays becomes a key problem for the application and performance improvement of conformal adaptive arrays. Under this background, the signal calibration methods are to be investigated in this project. The research work will be carried out through theoretical analysis, numerical simulation and experimental measurement. In the researches, advantages of electromagnetic numerical method and array signal processing method are combined, and local static solving and global dynamic solving are involved. The research aim would be arrived gradually through multiple levels investigations. In the project, the mutual coupling compensation of conformal arrays without considering the carrier is to be first investigated. And the signal calibration of conformal adaptive arrays on simple carriers is then to be solved. And then jiont estimation method of the calibration matrix and DOAs would be investigated to solve the the signal calibration of conformal adaptive arrays on common carriers.In the end, jiont processing method would be employed to sove the anti-interference with high efficiency of conformal adaptive arrays.The project is expected to solve the signal calibration method of the conformal adaptive array, and provide the theory and methodology support for the application and performance improvement of conformal adaptive arrays.

随着各种隐身平台的出现，共形自适应阵列将会得到广泛的应用。由于共形自适应阵列复杂的辐射散射特性，信号校准成为其应用和性能改善的一个关键问题。在此背景下，本项目开展共形自适应阵列信号校准方法的研究。项目将结合理论分析、数值仿真及实验测试展开研究，融合电磁数值分析与阵列信号处理两类信号校准方法的优点，采用局部静态求解与整体动态求解相结合的方法，分层次逐步完成本项目的研究。首先研究信号校准矩阵的局部静态求解方法，解决共形自适应阵列本身的互耦补偿问题。其次，分析静态求解方法在简单共形阵列上应用的性能极限。再次，采用校准矩阵和DOA联合估计的方法，解决一般平台上自适应阵列的信号校准问题。最后，根据共形自适应阵列高效抗干扰的需求，采用交替迭代方法进行联合处理，同时实现信号校准和抗干扰。通过本项目的研究，突破共形自适应阵列信号校准的关键机理和方法，为共形自适应阵列的应用和性能改善提供理论支持和方法支撑。

在通信、导航、电子侦察以及电子战等方面的应用中，共形阵列在平台上的应用越来越多。在有限的空间上，阵列耦合效应明显，导致波束形成和DOA估计性能受到影响。针对共形阵列互耦补偿和信号幅相校准问题，本课题开展了共形阵列互耦补偿方法的研究，涉及基于电磁计算和测试的阵列互耦补偿矩阵的求解、DOA和互耦矩阵联合估计算法、小间距阵列解耦合情况下阵列抗干扰性能分析等。 . 在自适应阵列互耦补偿方法的研究中，提出了阵列数字域解耦合的单元方向图重建法，该方法对线阵和平面阵都获得了较好的互耦补偿效果。本课题进一步研究了该方法在共形阵列情况下互耦补偿的适用性，对互耦补偿效果进行了仿真验证，设计了线极化和圆极化圆柱共形阵列、八路射频通道以及八通道信号处理板卡测试平台，通过测试验证了单元方向图重建法对于共形阵列具有较好的互耦补偿和方向图幅相修正效果。针对不依赖于天线测量的校准矩阵求解需求，提出了一种基于线性预测的DOA与耦合矩阵联合估计算法，该算法能够根据入射波角度动态估计耦合矩阵，相比已有的联合估计算法，能够获得更高的角度分辨力。针对实际宽带信号应用场合，结合单元方向图重建法和傅立叶变换逆变换，提出了宽带信号数字域解耦合方法。分析了小间距阵列解耦状态下抗干扰的效果，仿真结果表明在数字域采用互耦补偿后，小间距阵列仍能达到较好的抗干扰效果。. 课题所提出的天线阵列数字域互耦补偿方法和宽带数字域互耦补偿方法将在移动通信基站小型化设计、自适应阵列测向和波束形成、以及多种载体平台上天线阵列方向图幅相恢复等方面开展进一步的应用研究，有望解决以上三个方面所面临的关键技术问题，具有重要的应用价值。