【摘 要】
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时间调制阵列因扫描方式灵活、可实现多波束和超低副瓣方向图等优势,已被广泛应用于雷达、探测、导航等领域。时间调制阵列在相控阵的基础上增加时间自由度,可以在低动态激励比的条件下实现低副瓣方向图,突破了阵列天线系统设计瓶颈。本文针对时间调制阵列开展了边带多波束方向图综合与高阶边带抑制、时间调制阵列硬件验证系统设计、方向图综合算法验证与误差分析等研究,完成了四/八通道时间调制阵列硬件设计、实现和性能测试。
【基金项目】
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南京航空航天大学研究生创新基地（实验室）开放基金（kfjj20190419,基于边带抑制的时间调制阵列算法研究与硬件验证）； 国家自然科学基金（61671239,机载时间调制机会阵的栅瓣抑制研究）；
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时间调制阵列因扫描方式灵活、可实现多波束和超低副瓣方向图等优势,已被广泛应用于雷达、探测、导航等领域。时间调制阵列在相控阵的基础上增加时间自由度,可以在低动态激励比的条件下实现低副瓣方向图,突破了阵列天线系统设计瓶颈。本文针对时间调制阵列开展了边带多波束方向图综合与高阶边带抑制、时间调制阵列硬件验证系统设计、方向图综合算法验证与误差分析等研究,完成了四/八通道时间调制阵列硬件设计、实现和性能测试。主要创新点如下:（1）提出了基于粒子群-凸优化综合算法的小规模时间调制阵列边带多波束形成方法。建立多目标时间调制阵列边带多波束方向图综合模型,利用粒子群算法优化开关时序提升期望阶次边带功率,利用凸优化算法优化激励幅相抑制副瓣和高阶边带峰值电平。在主瓣宽度、峰值副瓣电平等约束条件下,在中心频率和期望阶次边带综合出不同指向的低副瓣、窄波束方向图,同时实现高阶边带抑制。16阵元仿真结果与参考文献相比,副瓣水平降低3d B,高阶边带水平降低5d B。（2）提出了基于迭代凸优化算法的大规模时间调制阵列方向图综合方法,在低动态激励比约束下实现指定阶次边带低副瓣、窄波束方向图综合,提高求解效率。提出松弛化大规模时间调制阵列边带多波束优化模型,增加馈电网络约束,在保证解的存在性的前提下缩小求解空间。将高阶边带辐射表达式转化为一阶边带复激励矩阵的线性组合,通过泰勒展开引入优化增量,利用迭代使优化结果不断逼近期望方向图。引入功率权重系数实现指定阶次边带辐射功率的改变和基于先验条件下的主辐射功率最大化。1000阵元仿真结果表明,相比差分进化算法,该算法提高了收敛速度的同时副瓣降低6d B。（3）设计并开发四通道时间调制阵列硬件验证系统。提出基于IQ调制的时间调制阵列系统架构,降低了系统复杂度。完成时间调制阵列系统小型化集成电路的设计与制作,通过FPGA开发实现对各通道激励幅相和开关时序的独立控制。方向图测试结果验证了PSO-CVX算法仿真结果的同时评估了时间调制阵列硬件验证系统性能。针对阵元位置扰动和开关函数误差造成的实测阵列方向图失配问题,提出了基于梯形脉冲的抗位置扰动的稳健粒子群-凸优化综合算法。仿真结果表明,稳健粒子群-凸优化算法可以取得更好的副瓣和边带抑制效果。
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