内监测法评估数字阵雷达阵面性能的可行性探讨

唐晓雷，张　璇

（南京电子技术研究所，江苏　南京　210039）

内监测法评估数字阵雷达阵面性能的可行性探讨

唐晓雷，张璇

（南京电子技术研究所，江苏南京210039）

内监测法作为监测阵面T/R组件性能的常用手段，文章对其用于评估阵面性能的可行性进行了探讨，给出了内监测法评估阵面性能的具体实现方法，通过matlab仿真，分析了内监测系统幅相误差对阵面性能评估的影响程度，并验证了内监测法用于阵面性能初步评估的可行性。

内监测；数字阵；阵面性能评估

数字阵雷达阵面性能评估方法很多，可以通过微波暗室近场测量法测量阵面单元口径电流分布，利用傅里叶变换将口经场等效为远场方向图的方法评估阵面性能，也可以直接通过远场法画方向图的方法评估阵面性能［1—3］。内监测法作为一种常用的监测阵面组件通道完好性的手段，具有快速性和实时性等特点［4］，本文根据内监测原理，探讨其评估阵面性能的可行性。

1　内监测法介绍

内监测法作为一种常用的监测相控阵雷达阵面T/R组件性能的手段，原理框图如图1所示，其监测信号一般来自于雷达自带的频率元系统或发射前级系统。

图1　数字阵雷达内监测法原理

发射监测时，监测信号经过T/R组件发射通道到达耦合器前端，一部分信号经过耦合器耦合，通过监测网络进去监测组件，另一部分信号经过天线单元辐射到空间。监测信号经过监测组件数字化后，通过光纤网络进入数字波束合成（Digital Beam Forming，DBF）监测模块，DBF监测模块将对应组件信息解码、排序、幅相处理后送入显控终端进行显示。

接收监测与发射监测信号流程相反，监测信号经过监测网络和耦合器后，进入T/R组件接收通道并转化为数字信号后，通过光纤网络进入DBF模块，DBF监测模块将对应组件信息解码、排序、幅相处理后送入显控终端进行显示。

由于内监测法的固有局限性，监测结果无法体现天线单元安装误差、天线单元之间的互耦影响、耦合器自身的误差。所以，在阵面设计初期，就要综合考虑天线单元及其安装等无源器件的安装误差对阵面性能的影响，分配好各节点的技术指标。

2　内监测法用于阵面性能评估探讨

数字阵雷达阵面性能评估主要通过方向图的保真度体现，即实际方向图与设计之初阵面所定方向图相关技术指标之间的偏离程度。

利用内监测法实现对阵面性能评估的关键是尽量精确测量出T/R组件接收和发射通道的幅度和相位，从而计算出天线单元输入端的激励电流。

监测网络作为一种无源馈电网络，其稳定性和可靠性非常高，正常情况下使用10年，幅度、相位变化不会超过0.5dB/5°。所以，监测网络的长期稳定性也给内监测法对阵面性能进行评估带来可行性和可信性。

2.1天线单元输入端激励信号的获取［5］

利用内监测法进行监测系统和T/R组件幅相误差测量的方法如下所述，相关信号测量简图如图2所示。

图2　内监测法测量各节点信号测量简图

阵面安装初期，测量出监测组件输出端O点至第i个耦合器输出端Ai点的监测网络插损，和幅相补偿数据，i=1.....M，则最终求得该监测系统所有的即修平该监测系统。将补偿数据矩阵作为补偿系数，存储在DBF系统或TR组件存储器中，阵面监测时调用，此时可以认为监测系统幅相相等。

2.2利用内监测法对阵面性能评估探讨

内监测系统经过修调后，幅相误差可以控制在0.5dB/5°以内，甚至更小。下面以线阵讨论内监测法评估阵面性能的可行性。设线阵单元数M=100个，扫描角范围［-50°，50°］，幅度为30dB泰勒权。

分别讨论：①当内监测系统幅相误差为（0.5dB， 5°）、（1dB，10°）时对阵面性能评估的影响。②内监测系统幅相误差为（0.5dB，5°）条件下，对阵面性能评估的可行性。

根据一维线阵方向图公式，利用Matlab仿真结果如图3—4所示。

从图3可以看出，利用内监测法进行阵面性能评估时，监测系统幅相误差给阵面性能带来额外误差。所以，阵面设计初期，即需要对内监测系统各节点技术指标进行评估、约束。

从图4可以看出，内监测法可以用来初步评估阵面性能是否满足指标要求，只要在阵面设计初期，给出阵面在使用过程中性能下降评估量化等级，就可以利用内监测网络对阵面性能进行评估，从而得出阵面维修的时机。

图3　监测系统幅相误差对阵面性能评估影响

图4　内监测法用于阵面性能评估

3　结语

通过上述分析，可以看出，利用内监测法可以对阵面性能进行初步评估，尤其是在阵面近场测试转整机联试和售后维护阶段，随着雷达的使用时间变长，阵面T/R组件故障率会越来越高，阵面性能将越来越恶化，寻找一种阵面性能快速评估方法具有较强的现实意义。内监测法作为监测阵面T/ R组件完好性的手段，可以用来初步评估阵面性能。

［1］郑雪飞，高铁.相控阵天线中场校正技术研究［J］.微波学报，2005（5）：22-25.

［2］陈文俊.数字阵列天线测量方法研究［J］.雷达与对抗，2014（2）：40-43.

［3］陈文俊，胡永君.数字阵列天线接收波束形成方法及实验研究［J］.现代雷达，2011（2）：66-69.

［4］张光义.相控阵雷达原理［M］.北京：国防工业出版社，2007.

［5］唐晓雷，张令坤，陈飞.通道幅相误差对数字阵列天线性能影响及校准研究［J］.太赫兹科学与电子信息学报，2016（4）：46-48.

Discussion on feasibility of internal monitoring method on estimating array performance

Tang Xiaolei， Zhang Xuan
（Nanjing Research Institute of Electronics Technology， Nanjing 210039， China）

In this paper， the feasibility of internal monitoring method on array performance estimate is discussed. And a detailed realization method is given on how to estimate the array performance， through simulation with matlab soft， the infuence level of amplitude /phase error of the internal monitoring system on the estimate of array performance is analyzed， the feasibility of internal monitoring used to preliminary estimate the array performance is validated.

internal monitoring； DAR； estimation of array performance

唐晓雷（1983— ），男，江苏泗阳，工程师。