相控阵技术起源于20世纪30年代。作为新体制电扫描雷达的代表,它具有快速变化的波束指向、多通道处理数据的能力以及丰富的资源管理手段等无可比拟的卓越技战术性能,从诞生之日起就受到世界各国的高度重视,现已广泛应用于几乎所有类型的军用雷达中。众所周知,现代相控阵天线阵面通常含有大量的辐射单元,随着雷达工作电磁环境的日益恶化、辐射单元数量的与日俱增,作为无线通信系统的核心收发器件,相控阵天线在日常工作过程中不可避免地会产生T/R组件或者辐射单元失效的现象。如何通过测量相控阵天线的辐射特性,利用一定的故障诊断方法,定位故障单元的具体位置并判断故障类型,进而为后续的决策维修提供有效的指导,对相控阵天线的测试与诊断技术提出了迫切的需求,目前仍然是一项较为复杂的技术难题。本文在调研相控阵雷达装备部队后在实际使用过程中所出现问题的基础上,提出了一种针对相控阵天线辐射单元进行实时故障诊断的方法。该方法以前苏联专家提出的换相测量法作为蓝本,在求解测量方程阶段,通过引入沃尔什函数,形成具有特殊形式的系数矩阵(实验步骤矩阵),从而有效简化了测量方程的求解。在中场测试距离下,当位于相控阵天线内各通道的所有移相器进行相位切换时,探头同步获取不同配相状态下的合成电磁波信号的幅度和相位信息。通过求解测量方程,可复原任意配相状态下各通道的激励,并引入移相器先验信息生成了通道激励。通过将复原的通道激励与移相器先验信息生成的通道激励进行差异性分析的故障诊断方法,即可实现单元移相器的故障定位与类型识别,同时可以重构包括天线方向图在内的辐射特性。本文主要工作如下:1.研究了相控阵天线移相器的故障模式并分析了其对辐射特性造成的影响。研究故障模式对天线辐射特性的影响是进行测试诊断的前提和基础。当天线阵面中的少量单元组件失效时,对天线整体性能指标没有较大影响。如果多个单元失效,而且这些失效单元具有某种关联时,其影响则较为明显。通过建立相控阵天线的模型,仿真了三种典型故障模式下天线的辐射特性,并对其变化情况进行了统计分析。2.研究了单元在阵中方向图的快速确定方法。单元在阵中方向图随着单元在阵中的位置不同有所差异。在辐射器数量众多的背景下,探索了如何快速近似确定指定规模子阵时单元在阵中方向图的方法,为故障诊断技术的实施提供了必要的先验信息。单元在阵中方向图,一方面在各通道激励的复原过程中需要使用,另一方面在辐射特性的重构阶段也必不可少。通过理论仿真,探讨了在阵面规模一定的情况下,如何快速确定单元在阵中方向图的方法,并给出了仿真结果。3.研究了基于沃尔什函数配相法的相控阵天线故障诊断算法。该算法将沃尔什函数引入相控阵天线的配相过程中,利用其正交性,形成特殊的实验步骤矩阵,有效简化了测量方程的求解。与其他配相方法相比,具有估值误差小、配相次数少、测量时间短等优点。通过对复原的通道激励与由移相器补充信息所生成的通道激励进行差异性分析,可实现对故障移相器的定位与类型识别功能。4.采用MATLAB软件开发了相控阵天线故障诊断方法的仿真验证软件平台。从该平台的总体设计思路入手,首先介绍了基本参数设置、高级参数设置以及功能选择模块的构成。其次建立了仿真模型,并确定了仿真所必须的相关先验参数。最后通过该平台设置天线阵面移相器的三种故障状态,调用基于沃尔什函数配相法的相控阵天线故障诊断算法,对其进行计算机仿真验证。仿真结果表明:所提方法能够快速准确地定位故障移相器的具体位置并判别发生故障的类型,实现了对相控阵天线阵面辐射单元的故障诊断。