宽带光控相控阵空间谱估计测向问题研究

Direction finding technology, which plays an important role in the application of radar, electronic warfare, communication, is rapidly developing in recent years. This project on the optically controlled phased array direction finding based on the optically controlled phased array and modeling, through the mechanism of direction finding algorithm based on spatial spectral estimation as the main line, with optically controlled phased array and mutual influence of direction finding algorithm as the core, carry out the broadband phased array spatial spectrum estimation research on direction finding problems. This research aims to put forward a new set of suitable for broadband optical phased array direction finding method, in order to know how to choose reasonable parameters to achieve optimal resolution direction finding and direction finding precision and solve the problem of broadband optical phased array direction finding on a specific optical phased array beam forming conditions, and promote further development of the research of optical phased array in turn.

测向是相控阵在雷达、电子战、通信等应用中必须具备的一个重要功能，也是近年来发展迅猛的一个研究领域。本项目拟以光控相控阵的测向问题为研究对象，以光控相控阵的机理与建模为基础，以基于空间谱估计的测向算法为主线，以光控相控阵与测向算法的相互影响为核心，开展宽带相控阵空间谱估计测向问题研究。通过本项目研究，旨在提出一套全新的适用于宽带光控相控阵的测向方法，研究在特定光控相控阵波束形成条件下，如何合理选择参数使得测向精度和测向分辨率达到最佳，解决宽带光控相控阵的测向问题，推动光控相控阵研究的深入发展。

本课题针对多波束光控相控阵的空间谱估计测向算法中的信噪比、快拍数、噪声、通道相位不一致等因素，对空间谱估计测向方法的分辨率和测向精度的影响的问题展开了基础研究和应用探索。主要完成了以下工作：首先，目前已提出的空间谱估计方法绝大多数需要已知所有阵元的数字化输出信号，即为基于阵元级的方法，对应用于光控相控阵雷达的二维子阵级空间谱估计方法进行了研究。采用简化的阵列流形，只需精确地确定子阵相位中心与增益，大大降低了对相控阵的校正成本与代价，与波束扫描相结合可实现任意空间范围内的方向估计。通过引入加权网络对子阵输出进行后处理，提高了阵列处理的灵活性；构造了基于理想子阵方向图的简化阵列流形，克服了直接简化阵列流形方法的测向范围无法调整的局限性，并更好地抑制旁瓣源。仿真结果证实了所提出方法的有效性。然后，在此基础上提出了一种用于相控阵天线的新型宽带光控波束成形网络系统。该系统的主要优点是使用快速可调谐激光器和WDM（波分复用器）来实现宽带相控阵天线需要的不同时间延迟组合。通过可调谐激光器的波长切换完成豆形成网络的波束控制。此外，波束成形网络架构提供同时控制四个独立波束的能力。实验结果表明，光学成豆网络可以在±45度范围内从2GHz扫描到6GHz，光束转向上没有出现偏移。最后，采用高阶全矢量频域有限差分算法建立了光控相控阵光纤中传输光模式的理论分析模型，系统研究了光纤中OAM模式的特性，掌握了OAM模式的传输规律，给出了支持不同OAM模式数的光纤最优参数设置方案。