相控阵空管二次雷达数字波束形成方案

相控阵空管二次雷达数字波束形成方案相控阵空管二次雷达数字波束形成方案文/杨见1 谭威2【摘要】摘要基于相控阵雷达越来越凸显的诸多优势，在空管二次雷达领域也逐渐开始采用数字波束形成技术的相控阵雷达，以实现更加灵活的波束调度与控制等。

本文主要对数字波束形成技术的基础理论进行分析阐述，并提出基于均匀线阵相控阵空管二次雷达实际应用的数字波束形成方案。

【期刊名称】电子技术与软件工程【年(卷),期】2018(000)015【总页数】1【关键词】【关键词】二次雷达有源相控阵数字波束形成DBF 均匀线阵通过用机械、机电与电子方式改变阵列天线单元辐射信号的相位，实现天线波束指向的技术，在雷达发展初期即已为人所知，但是真正的发展则是从冷战开始，国际形势的紧张、大型战略相控阵雷达研制成功、良好的应用效果以及成本的降低等，极大的促进了相控阵技术的发展。

1 相控阵雷达技术简介及优势用电子控制方法，实现天线波束指向在空间转动或扫描的天线称为电扫描天线，也即相控阵天线。

相控阵雷达具有天线波束快速扫描能力、天线波束形状的捷变能力、空间功率合成能力、天线与雷达平台的共性能力、多波束形成能力、空域滤波与空间定向能力等相较于传统机械扫描雷达的明显优势。

2 均匀线阵波束形成理论假定某单个辐射源在远场区P点的电场强度为：式中，R为天线单元至测试点距离；λ为电磁波长；为天线单元辐射方向图；I0为复振幅。

辐射源为多个阵元组成的阵列时，在远区某测试点的总场强E应用叠加定律可以认为是线阵中N个辐射单元在测试点的辐射场强之和，有：式中，Ii可表示其中，为加权系数；为均匀线阵中相邻天线单元之间的馈电相位差。

若各天线单元方向图相同，则总场强为：式中，d为均匀天线阵列单元间距，而ri与r0之差与雷达至观测点距离相比较小，对场强E的影响可以忽略不计，则可以进一步简化为：为波束的最大指向。

当指向法相时，则上式可继续简化为：由此可知，辐射场中某点的合成场强为所有天线单元方向图与阵列因子的乘积之和。

相控阵空管二次雷达数字波束形成方案作者：杨见谭威来源：《电子技术与软件工程》2018年第15期摘要基于相控阵雷达越来越凸显的诸多优势，在空管二次雷达领域也逐渐开始采用数字波束形成技术的相控阵雷达，以实现更加灵活的波束调度与控制等.本文主要对数字波束形成技术的基础理论进行分析阐述，并提出基于均匀线阵相控阵空管二次雷达实际应用的数字波束形成方案。

【关键词】二次雷达有源相控阵数字波束形成 DBF 均匀线阵通过用机械、机电与电子方式改变阵列天线单元辐射信号的相位，实现天线波束指向的技术，在雷达发展初期即己为人所知，但是真正的发展则是从冷战开始，国际形势的紧张、大型战略相控阵雷达研制成功、良好的应用效果以及成本的降低等，极大的促进了相控阵技术的发展。

1 相控阵雷达技术简介及优势用电子控制方法，实现天线波束指向在空间转动或扫描的天线称为电扫描天线，也即相控阵天线。

相控阵雷达具有天线波束快速扫描能力、天线波束形状的捷变能力、空间功率合成能力、天线与雷达平台的共性能力、多波束形成能力、空域滤波与空间定向能力等相较于传统机械扫描雷达的明显优势。

2 均匀线阵波束形成理论假定某单个辐射源在远场区P点的电场强度为：式中，R为天线单元至测试点距离;A为电磁波长;f（θ，φ）为天线单元辐射方向图;I0为复振幅。

辐射源为多个阵元组成的阵列时，在远区某测试点的总场强E应用叠加定律可以认为是线阵中N个辐射单元在测试点的辐射场强之和，有：式中，I i可表示为a i-jiΔΦs其中，a i为加权系数;ΔΦB为均匀线阵中相邻天线单元之间的馈电相位差。

若各天线单元方向图相同，则总场强为：式中，d为均匀天线阵列单元间距，而r;与r0之差与雷达至观测点距离相比较小，对场强E的影响可以忽略不计，则可以进一步简化为：θB为波束的最大指向·当θB指向法相时，ΔΦB=0。

则上式可继续简化为：由此可知，辐射场中某点的合成场强为所有天线单元方向图与阵列因子的乘积之和。

简析长春空管4号雷达天馈系统长春空管4号系统由天线合装的一部近程一次雷达和一部单脉冲二次雷达，管制中心自动化系统组成。

文章简单介绍了长春空管4号系统二次雷达天馈系统的功能、组成及作用。

标签：空管4号；二次雷达；天馈系统1 天线系统原理“差”△波束形成：按照天线对副瓣电平的计算，与∑波束时相同，只是左右两半反相，因此利用环形电桥即可满足左右两半对称和反相的要求，且功分网络与∑波束时相同。

对于中央部分，由于其幅度分布与∑波束时不同，必须分别用两套功分网络来实现所要求的∑、△波束幅相分布。

这在方案中采用在差支路中的二个功分器C2、C3进行功率分配而实现的，差讯道经C2、C3分配后输入3dB 环形电桥H2和H3，由其两输出臂反相输出，然后馈入功分器P3-P6。

功分器C2、C3是不等功率分配器其分配比由差波束时中央部分的幅度分布要求而定，由于分配比较大，故由定向耦合器实现。

控制波束的形成：控制波束用来抑制讯问波束的旁瓣，要求有一近似全向的讯问辐射方向图。

因此？赘波束可以将讯号只馈入中间一列，而近似实现由发射机来的射频信号直接馈至中心单元（0#），这时其余各单元虽有能量从定向耦合器C1耦合出来，但由于该定向耦合器的耦合度约为12dB，因此与中心单列的辐射功率相比小得多，而中心单元的辐射在方位面上近似为均匀辐射，从而形成控制波束。

背瓣抑制：为抑制背瓣，在天线阵列背后中央另设一列单元。

将发射机？赘讯号一分为二，一半进入前方？赘波束，另一半进入背瓣抑制波束，从而使？赘波束均匀性更好以便抑制背瓣。

双通道切换和收发隔离：本雷达除天线和分配网络外，发射机和接收机都有两套相同的机器，这两套机器通过切换开关K∑，K？赘，K△分别与主馈线的三个通道（∑，？赘，△）相连。

一旦检测到工作通路发生故障时开关将自动切换到备份机器以保证雷达不间断工作。

∑，？赘讯道分别与环行器G1、G2相连以实现收、发隔离。

△讯道及从环行器输出的∑，？赘讯道再分别经滤波器F△、F？赘、F∑进入接收机，以进一步抑制发射能量，加强收发隔离。

基于零中频体制的二次雷达数字相控阵设计罗江发布时间：2021-08-19T05:46:09.083Z 来源：《现代电信科技》2021年第7期作者：罗江江维[导读] 随着对产品小型化、低功耗、多功能的发展需求，以及微电子技术及信号处理技术的发展，基于零中频体制的调制解调技术、数字相控阵技术已可应用于雷达、二次雷达、通信等收发设备。

（西南电子设备研究所四川成都 610000）摘要：随着对产品小型化、低功耗、多功能的发展需求，以及微电子技术及信号处理技术的发展，基于零中频体制的调制解调技术、数字相控阵技术已可应用于雷达、二次雷达、通信等收发设备。

本文提出了一种基于零中频体制的二次雷达数字相控阵系统架构，并结合高速光纤通信技术、数字波束合成技术等，实现二次雷达、ADS-B in等功能。

相对于超外差体制二次雷达设备，该设计可减少射频前端设备体积约30%，同时，通过采用数字相控阵技术，实现瞬时多波束和自适应处理，使单一设备具有多种功能以及实现多目标跟踪处理等。

关键词：零中频；数字相控阵；二次雷达引言二次雷达采用询问-应答工作方式实现空域内协作目标探测，常包括询问机和应答机。

传统二次雷达询问机采用机扫天线，收发通道采用超外差体制，包含发射机、接收机（和、差、控制）、点迹处理、航迹处理、主控等，设备功能单一，收发射频通道架构复杂，体积重量大，不能满足当前设备小型化、多功能以及复杂环境下对多目标高数据率探测的需求。

与传统的超外差体制相比，零中频体制信号直接由基带变换为射频或射频变换为基带，不需要经过中频的调制解调，以及中频滤波、放大等分离器件，极大降低了产品体积和重量，且随着信号处理技术的发展，零中频体制中影响设备性能的直流偏置和本振泄露问题均得到改善，性能接近超外差体制。

其次，数字相控阵通过将各接收通道信号数据化，通过数字多波束形成、数字滤波技术等技术，可同时实现设备多功能，多目标探测与跟踪，自适应抗干扰等。

基于此，本文提出了一种基于零中频体制的二次雷达数字相控阵系统架构，并结合高速光纤通信技术、数字波束合成技术等，实现二次雷达、ADS-B in等功能。

雷达天线阵列中的波束形成技术研究摘要：讨论卫星跟踪和数据传输系统中的多波束形成算法;自适应模型和相位调整，分析如何控制波束和实现波束形成。

关键词:TDRSS;多波束形成相控阵雷达具有多功能模式,多目标跟踪和多功能模式。

这些发展优势和战术特点与多波束能力可行性有关。

相控阵天线可以发送和接收多个波束，波束的大小如何,的方向可以迅速变化,并且波束形状可以根据不同的操作方式灵活变化,这是一个重要相控阵天线优点。

一、相控阵雷达与多波束形成根据相控阵雷达它不仅可以发送接收波束,还可以以各种形式变化,这改变了它的工作方式。

基本上,相位阵列雷达的性能在很大程度上取决于其能力和多波束成形方法。

目前有多种方法可用于相控阵天线的多个波束，根据雷达和现有技术设施的要求,可以选择多波束产生方法,随着数字技术和集成电路技术的发展,数字多波束形成技术已应用于相控阵雷达。

该技术提供了一种使用电子转换和数字波束的形成,接收和传输电子射线的方法,从而为雷达系统的进一步发展提供了技术基础。

二、多波束形成算法在多址卫星数据传输系统中,服务对象通常分布在低地球轨道上。

如果用户的恒星轨道位于地面以下3000公里处,则中继星波束可以覆盖地球周围26°用户星宽度。

当用户星以10公里/秒的最高速度移动时,通过3.5°宽合成波形所需的最短时间为205秒。

因此,波束角速度似乎是最低的,新的是合成波束3.5°宽度水平为05%,为10.5秒步进间隔。

一旦计算机将相位矩阵的用户星为10.5 s创建相位加权系数,具体取决于位置。

根据目标的启动和跟踪过程,多波束有三种操作模式:主波束、扫描及自跟踪方式。

如优先验目标的当前位置的信息,目标在空中的轨道方程计算,可以作为一个主波束控制。

计算机可以根据其高度和方向实时计算出加权系数矢量,并将其发送到多波束处理器完成波束加权。

用户星相对中继星来说缓慢移动角度,随着移动用户星,权系数矢量计算机计算,并实时跟踪每个点的主波束。

电子技术• Electronic Technology72 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】数字波束合成 软件无线电软件无线电技术在实际工程项目中的应用越来越广泛，目前已应用在个人移动通信系统、军事通信、电子战、雷达系统以及信息化家电产品中。

数字技术由于本身的优点，大量工程应用都采用了数字化方法，对数据速率和实时性数字相控阵二次监视雷达关键技术文/文传勇 范辉辉提出了要求，需要宽的带宽来进行数据传输。

传统的使用同轴电缆的传输方式，达不到高速数据传输和实时性要求，同时在抗干扰、设备复杂程度、设备安装，铺线方面等工程应用方面，存在困难，不方便；由于光纤具有以下各种优点：（1）工作频率高，通信容量大；（2）衰减小，中继距离长；（3）保密性能好、抗干扰能力强，不受强电、雷达等干扰；（4）体积小、重量轻、便于施工维护；（5）原材料来源丰富，潜在价格低廉。

上述优点满足工程应用中各种需求，它是未来数据传输主要媒介；高速串行数据传输技术迫切成为各种应用的必须的技术。

在各个FPGA 厂商，都配套开发了自己的高速串行数据传输的IP 核，在ALTERA 中Stratix V GX/GS/GT ，在xilinx 中开发GTX,GTH,在Vertex-5，Vertex-6和Vertex-7高端FPGA 中，有对应的IP 核。

这些新的技术的引入，空管二次监视雷达系统的组成发生了变化。

在空管监视设备中，分为舱内设备（或者室内设备）和舱外设备（室外设备），舱内设备完成工作是数字信号处理、控制和显示；舱外设备主要完成功能是信号的感知和采集。

传统二次雷达组成由天线、旋转关节、射频电缆、模拟接收机、三级固态功率放大的发射机、基带A/D 采样、译码、点迹和航迹处理。

数字相控阵二次监视雷达的组成由天线辐射单元、数字TR 组件、光纤、数字信号处理模块、显控组成；数字TR 模块是每个通道独立对应一个辐射单元，其功率和相位可编程实时配置；数字信号处理模块包括光模块的数字收发同步、数字发送通道的数据合成、数据接收的通道数据分配和数字波束合成，对数压缩、译码、形成点迹和航迹。

浅谈二次雷达波束控制系统设计作者：杨诗雨来源：《科学与财富》2018年第36期摘要：二次雷达作为大型雷达系统的构成部分，在民航的空中交通管制及目标识别方面具有重要的应用价值，为了而适应航空领域的发展，提升针对重点空域的境界功能，基于无源相控天线体制的二次雷达系统逐渐发展起来了。

采用这一天线扫描体制的二次雷达，同时具备相位控制、同步控制、数据传送和信号自检的功能。

笔者以采用无源相控天线体制的二次雷达系统作为研究对象，在波束控制系统设计中采取了集中式波控方案，引入了嵌入式计算机和网络系统，并采用软件、硬件双重同步的手段进行波控处理流程设计，此外，选取了二级缓存同步相的方法进行波控数据的布相。

实践表明，这一基于集中波控方案的二次雷达波束控制系统可靠性高、灵活性强，值得在应用中进行推广。

关键词：二次雷达；无源相控天线；波束控制二次雷达通常也被称作是空管雷达信标系统，其结构上主要是由询问雷达和应答雷达构成的，即由询问雷达发射电磁波，应答雷达在接收到信息后发生应答电磁波，通过信息的交互完成目标识别和定位。

针对重点空域进行监视的相控体制的一次雷达，需要在阵面天线静止的情况下，天线波束在方位及仰角上进行二维扫描，采用无源相控阵体制的二次雷达即是为了满足一次雷达的这一需求而逐步发展起来的。

传统的二次雷达采用的是机械扫描的工作方式，虽然可以完成采用相控体制的一次雷达的需求，即在二次雷达天线静止的情况下，二次雷达波束在方位角上进行扫描，并且覆盖一次雷达波束的方位扫描范围。

但是传统二次雷达的波束在空间扫描时波束指向上的惯性，不仅导致了相控阵天线增益的降低以及旁瓣的升高，而且还需要明确所有阵元的辐射相位与辐射值，从而对通道的相位误差进行补偿。

这样就造成了系统计算资源的消耗，给雷达性能造成了限制，而基于无源相控天线体制的二次雷达系统不仅保持了传统二次雷达的功能，而且提升了在天线波束控制上的可靠性。

1 系统设计1.1 波控方案以下四种功能是二次雷达被应用于波束控制所应具备的基本功能，主要涉及相位的控制、频率同步设置、信号传输系统和对数据的筛选自检。

多波束形成技术在相控阵雷达中的应用摘要：多波束形成技术是波束性能被复合应用的方法，如果能够提高多波束形成技术，将能提高相控阵雷达的整体性能。

本次研究说明了多波束形成技术在相控阵雷达中的应用方法。

关键词：多波束形成技术；相控阵雷达相控阵雷达的功能需要用多波束的形式实现，如果多波束的性能良好，相控雷达的性能就会良好，人们要提高相控阵雷达的性能，就要提高多波束形成技术的质量。

本次研究将说明在相控阵雷达中多波事形成技术的应用。

一，多波束形成技术对相控阵雷达的影响相控阵雷达是应用发射电子波束的方式探测信息的一种设备，应用波束可以让雷达发射信息和接受信息。

相控阵雷达应用的波束与过去的机械扫描波束的区别为，它能灵活的控制波束的频率和相位，使波束的应用能恰到好处。

多波束形成技术是波束性能被复合应用的方法，如果能够提高多波束形成技术，将能提高相控阵雷达的整体性能。

二，多波束形成技术对相控阵雷达的优化1，优化雷达的性能相控阵雷达工作的目的是搜索各种探测目标，它包含固定目标、隐藏目标、移动目标等，它的工作原理如下：它将天线的辐射功能射置在主瓣最大值的附近，然后依某种目的集中发射波束，可以说相探阵雷达的性能与多波束宽度有紧密的联系。

工公式（1）中，就是多波束开成的孔径面积。

以这公式可以看到，该数值越大，雷达工作的范围越大。

由于多波束形成的孔径能够决定相控阵雷达的性能，所以目前相控阵雷达普遍的应用大孔径的多波束形成光束。

目前国外已经开始研究空间载预警的雷达，这种雷达的探测目的是探测外太空中的事物，该雷达的多波束孔径宽度为300米。

而天线的波束宽却只有0.017度，由此可见提高多波束孔径提高相控阵雷达的性能的认知已被人们广泛应用。

2，化化雷达的数据率所谓的数据率，是指两次相邻的搜索时间中的一个倒数，如果这个倒数值越大，即意味中间间隔的时间越长，其相控阵雷达传输的性能越低；若两个间隔值越短，则意味着雷达的传输性能越高。

若要让相控阵雷达的性能提高，就要提高相控阵雷达的传输数据率。

相控阵雷达数字波束形成的实现王涛[1][2]雷宏[1]（（1）中国科学院电子学研究所北京 100080；（2）中国科学院研究生院北京 100080）摘要：数字波束形成系统是现代雷达一个重要的组成部分。

相控阵天线通过它可以实现自适应波束、低旁瓣波束，并通过对移相器、衰减器的控制实现波束扫描。

本文介绍的数字波束形成系统充分利用现有的硬件技术，实现了雷达在多种工作模式下的波束实现及控制要求。

关键词：、数字波束形成（DBF）、相控阵天线、雷达Realize Digital Beam Forming in Phased Array RadarWangtao1,2Leihong1(1 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China；2 Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China)Digital Beam Forming is a important part of modern radar. Equipted with it,phased array radar could have Adaptive beam, lower Side-lobe beam and beam scanning. This paper present a DBF system which can realize the request of multi-mode working state of phased array radar.一 引言目前，有源电扫阵列雷达已像探测传感器王冠上的宝石，正在成为各种飞机、卫星上的装备。

而有源相控阵天线要发挥它的威力，数字波束形成系统则是必不可少的组成部分。

数字波束形成系统可以实现雷达所需的低旁瓣、自适应波束，还可以校正因天线的稳定性而带来的误差。