相控陣天線故障診斷方法研究與軟件實(shí)現(xiàn).pdf

1、相控陣技術(shù)起源于20世紀(jì)30年代。作為新體制電掃描雷達(dá)的代表,它具有快速變化的波束指向、多通道處理數(shù)據(jù)的能力以及豐富的資源管理手段等無(wú)可比擬的卓越技戰(zhàn)術(shù)性能,從誕生之日起就受到世界各國(guó)的高度重視,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于幾乎所有類(lèi)型的軍用雷達(dá)中。眾所周知,現(xiàn)代相控陣天線陣面通常含有大量的輻射單元,隨著雷達(dá)工作電磁環(huán)境的日益惡化、輻射單元數(shù)量的與日俱增,作為無(wú)線通信系統(tǒng)的核心收發(fā)器件,相控陣天線在日常工作過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生T/R組件或者輻射單元

2、失效的現(xiàn)象。如何通過(guò)測(cè)量相控陣天線的輻射特性,利用一定的故障診斷方法,定位故障單元的具體位置并判斷故障類(lèi)型,進(jìn)而為后續(xù)的決策維修提供有效的指導(dǎo),對(duì)相控陣天線的測(cè)試與診斷技術(shù)提出了迫切的需求,目前仍然是一項(xiàng)較為復(fù)雜的技術(shù)難題。
　　本文在調(diào)研相控陣?yán)走_(dá)裝備部隊(duì)后在實(shí)際使用過(guò)程中所出現(xiàn)問(wèn)題的基礎(chǔ)上,提出了一種針對(duì)相控陣天線輻射單元進(jìn)行實(shí)時(shí)故障診斷的方法。該方法以前蘇聯(lián)專(zhuān)家提出的換相測(cè)量法作為藍(lán)本,在求解測(cè)量方程階段,通過(guò)引入沃爾什函數(shù)

3、,形成具有特殊形式的系數(shù)矩陣(實(shí)驗(yàn)步驟矩陣),從而有效簡(jiǎn)化了測(cè)量方程的求解。在中場(chǎng)測(cè)試距離下,當(dāng)位于相控陣天線內(nèi)各通道的所有移相器進(jìn)行相位切換時(shí),探頭同步獲取不同配相狀態(tài)下的合成電磁波信號(hào)的幅度和相位信息。通過(guò)求解測(cè)量方程,可復(fù)原任意配相狀態(tài)下各通道的激勵(lì),并引入移相器先驗(yàn)信息生成了通道激勵(lì)。通過(guò)將復(fù)原的通道激勵(lì)與移相器先驗(yàn)信息生成的通道激勵(lì)進(jìn)行差異性分析的故障診斷方法,即可實(shí)現(xiàn)單元移相器的故障定位與類(lèi)型識(shí)別,同時(shí)可以重構(gòu)包括天線方向圖

4、在內(nèi)的輻射特性。本文主要工作如下:
　　1.研究了相控陣天線移相器的故障模式并分析了其對(duì)輻射特性造成的影響。研究故障模式對(duì)天線輻射特性的影響是進(jìn)行測(cè)試診斷的前提和基礎(chǔ)。當(dāng)天線陣面中的少量單元組件失效時(shí),對(duì)天線整體性能指標(biāo)沒(méi)有較大影響。如果多個(gè)單元失效,而且這些失效單元具有某種關(guān)聯(lián)時(shí),其影響則較為明顯。通過(guò)建立相控陣天線的模型,仿真了三種典型故障模式下天線的輻射特性,并對(duì)其變化情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。
　　2.研究了單元在陣中方向

5、圖的快速確定方法。單元在陣中方向圖隨著單元在陣中的位置不同有所差異。在輻射器數(shù)量眾多的背景下,探索了如何快速近似確定指定規(guī)模子陣時(shí)單元在陣中方向圖的方法,為故障診斷技術(shù)的實(shí)施提供了必要的先驗(yàn)信息。單元在陣中方向圖,一方面在各通道激勵(lì)的復(fù)原過(guò)程中需要使用,另一方面在輻射特性的重構(gòu)階段也必不可少。通過(guò)理論仿真,探討了在陣面規(guī)模一定的情況下,如何快速確定單元在陣中方向圖的方法,并給出了仿真結(jié)果。
　　3.研究了基于沃爾什函數(shù)配相法的相控

6、陣天線故障診斷算法。該算法將沃爾什函數(shù)引入相控陣天線的配相過(guò)程中,利用其正交性,形成特殊的實(shí)驗(yàn)步驟矩陣,有效簡(jiǎn)化了測(cè)量方程的求解。與其他配相方法相比,具有估值誤差小、配相次數(shù)少、測(cè)量時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)復(fù)原的通道激勵(lì)與由移相器補(bǔ)充信息所生成的通道激勵(lì)進(jìn)行差異性分析,可實(shí)現(xiàn)對(duì)故障移相器的定位與類(lèi)型識(shí)別功能。
　　4.采用MATLAB軟件開(kāi)發(fā)了相控陣天線故障診斷方法的仿真驗(yàn)證軟件平臺(tái)。從該平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)思路入手,首先介紹了基本參數(shù)設(shè)置