微带多波束相控阵天线故障诊断专家系统研究

多波束相控阵天线角跟踪性能及测试方法姚海涛【摘要】针对目前对多波束相控阵天线角跟踪性能测试研究较少的问题，首先分析了多波束相控阵天线的单脉冲和差测角方法，并对波束滑动、波束穿越及信号频率变化对角跟踪性能的影响进行了仿真分析。

类比传统的雷达精度校飞试验，提出了基于飞艇的角跟踪性能测试方法，对角跟踪精度及误差范围进行测试，并利用STK软件实现了可视化。

仿真分析表明，该方法可以实现对多波束相控阵天线角跟踪性能的评定并具有较高的工程应用价值。

%Aiming at the limited research of measurement of multi-beam phased array antennas’ angle tracking performance,the sum-difference monopulse angle measurement is firstly analyzed and the effects of beam sliding,beam crossing and change of signal frequency are simulated in this paper. Subsequently,compared to conventional radar calibration flight test,a novel measurement based on the airship for tracking performance which can test the tracking accuracy and error range is proposed,and visualization of the measurement is achieved through STK software. Numerical simulations demonstrate that the proposed method can accurately measure the performance of angle tracking and is suitable in engineering practice.【期刊名称】《火力与指挥控制》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】6页(P45-50)【关键词】多波束相控阵天线;单脉冲测角;跟踪性能;测试【作者】姚海涛【作者单位】解放军76160部队，广州 510055【正文语种】中文【中图分类】TN82多波束相控阵天线在阵列天线基础上通过对阵列信号的数字加权处理来形成和差波束，如自适应波束形成及子阵级和差多波束［1-6］等，对目标进行单脉冲测角，发现并跟踪尽量多的目标，以实现高跟踪精度、强抗干扰能力及高数据率等优点。

宽带宽角扫描相控阵天线系统随着无线通信技术的快速发展，相控阵天线系统在雷达、无线通信和电子战等领域的应用越来越广泛。

宽带宽角扫描相控阵天线系统具有宽频带、高角度覆盖和快速扫描等优势，成为当前研究的热点。

本文将介绍宽带宽角扫描相控阵天线系统的设计思路、实验结果及总结与展望。

关键词：相控阵天线、宽带宽角扫描、相控阵列、天线元、波束形成相控阵天线系统最早应用于军事领域，通过控制天线阵列中天线元的相位和幅度，改变波束的方向和形状，实现扫描和跟踪目标。

随着科技的不断发展，相控阵天线系统的应用逐渐扩展到民用领域，如无线通信、导航和雷达等。

宽带宽角扫描相控阵天线系统能够在宽频带内实现高角度覆盖和快速扫描，提高系统的抗干扰能力和目标检测能力，具有很高的应用价值。

宽带宽角扫描相控阵天线系统的设计思路主要包括以下方面：天线元设计：为了实现宽带宽角扫描，需要设计具有宽带性能的天线元。

可以采用偶极子、贴片天线或波导缝隙天线等，并优化其结构以实现宽频带覆盖。

相控阵列设计：根据应用需求，设计合适的相控阵列规模和排列方式。

为了实现高角度覆盖，需要合理设计天线元的激励幅度和相位，以及它们在阵列中的排列方式。

波束形成网络设计：采用合适的波束形成网络，实现天线元激励的幅度和相位的控制。

可以使用模拟移相器、数字波束形成器或其他波束形成网络来实现。

控制系统设计：为了实现快速扫描，需要设计高效的控制系统，包括数据采集、处理和传输等环节。

可以采用高速数字信号处理器或其他专用控制芯片来实现。

我们设计并制作了一个宽带宽角扫描相控阵天线系统，并对其实进行了实验测试。

实验中采用了24个天线元组成正方形阵列，每个天线元为24GHz双极化贴片天线。

通过波束形成网络对天线元进行激励，实现波束的高角度覆盖和快速扫描。

实验结果表明，该系统在20GHz 频带内具有良好的宽带性能，并且在40°扫描角度范围内波束形状变化平滑，角度分辨率达到5°。

中国空间技术研究院西安分院资深天线设计专家高选正、副所长田步宁来我院指导天线设计工作应计算机学院曾三友教授的邀请，高选正专家、田步宁副所长来我院指导天线设计相关知识。

指导工作从6月13日持续至6月18日，在东区教育部长江三峡地质灾害研究中心401会议室进行。

首先由曾三友教授向高选正专家介绍曾三友课题组的科研现状及成果，并邀请两位专家对本课题组所做的工作提出了宝贵建议。

之后，高选正专家结合自己丰富的天线设计经验给课题组成员进行了长达一周的天线理论知识课程，使我们对以前许多模棱两可的知识了解更加清楚。

高选正专家每天晚上还来到课题组实验室与同学们进行天线设计相关问题的讨论，并帮助解决了一些长期未能解决的问题。

另外，在此期间，中国空间技术研究院西安分院副所长田步宁于6月14日来我院指导工作，田副所长听完曾三友教授的报告后，提出了宝贵的建议以及一些天线领域的设计要求，让我们做研究。

高选正专家现年77岁高龄，1962年毕业于武汉大学电磁场与微波技术（天线）专业，毕业后在中国空间技术研究院西安分院担任研究员工作，是一位电磁理论知识扎实，天线设计经验丰富的资深天线设计专家。

其主要事迹如下：1962-1964年参加我国第一颗原子弹测高机天线研制，参加地面各种试验。

1964-1970年负责东-1卫星东方红乐曲地面跟踪接收天线研制，接收效果良好。

1989-1997年负责BD-1双星定位卫星天线分系统研制工作，任主任设计师，研制紧凑型双频微带贴片馈源，编制多波束设计软件，该项目获1997年部科技进步二等奖。

卫星发射成功、该天线运行正常、在轨测试数据良好，获2002年国防科技一等奖。

负责我国863高科技项目---星载合成孔径雷达大型可展开有源相控阵天线研制，1997年完成模样研制。

1998-2010年退休返聘，作顾问，参与多项任务研究、评审、教育培训等工作，如担当尼尔利亚星、委内瑞拉星、巴基斯坦星来华学习学员授课教师，神舟学院西安分院教师等。

Ka频段双波束平板卫通相控阵天线设计目录1. 内容综述 (2)1.1 研究背景与意义 (2)1.2 研究内容与方法 (3)1.3 文档结构概述 (4)2. Ka频段双波束平板卫通相控阵天线设计基础 (5)2.1 Ka频段特性分析 (6)2.2 双波束原理介绍 (8)2.3 平板卫通相控阵天线基础 (8)3. 设计要求与指标 (10)3.1 设计目标设定 (10)3.2 关键性能指标要求 (12)3.3 性能指标设计方法 (12)4. 天线总体设计 (13)4.1 设计流程概述 (14)4.2 结构布局与材料选择 (15)4.3 电气连接与布线设计 (16)5. 双波束形成网络设计 (18)5.1 阵元设计与配置 (19)5.2 阵列形式选择与优化 (20)5.3 耦合与馈电网络设计 (22)6. 板体结构设计与优化 (23)6.1 板体材料选择与厚度确定 (23)6.2 结构尺寸优化方法 (25)6.3 散热设计考虑 (26)7. 防腐蚀与防护措施 (28)7.1 防腐蚀材料选用 (29)7.2 防护措施规划 (30)7.3 工程实施与验收标准 (31)8. 测试与验证 (32)8.1 测试设备与方法介绍 (33)8.2 关键性能指标测试方案 (33)8.3 测试结果分析与优化建议 (34)9. 结论与展望 (36)9.1 设计总结 (36)9.2 不足之处与改进方向 (38)9.3 未来发展趋势预测 (39)1. 内容综述频段特性分析：深入剖析频段的频谱资源、传输特性以及面临的技术挑战，为后续天线设计提供理论基础。

双波束设计原理：探讨双波束天线的结构设计、波束形成机制以及波束切换技术，确保天线能够在不同方向上实现高效通信。

平板卫通相控阵技术：介绍平板相控阵天线的优势、关键技术及其与卫星通信系统的融合方式，阐述如何通过相控阵技术实现天线的智能化和灵活性。

天线性能优化策略：针对频段双波束平板卫通相控阵天线的关键性能参数，提出优化设计方案，确保天线在各种环境下的性能稳定。

多波束测量实施方案多波束测量是一种用于测量远距离目标的技术，它通过同时使用多个波束来对目标进行定位和跟踪。

在实际应用中，多波束测量可以用于雷达、通信、声纳等领域，能够提高系统的性能和精度。

本文将介绍多波束测量的实施方案，包括系统架构、信号处理、算法优化等内容。

系统架构。

多波束测量系统的架构包括传感器、信号处理器和控制器等组件。

传感器负责接收目标的信号，并将其转换为电信号；信号处理器则对接收到的信号进行处理和分析，提取目标的特征信息；控制器则负责协调传感器和信号处理器的工作，实现多波束的协同工作。

信号处理。

在多波束测量中，信号处理是至关重要的环节。

传感器接收到的信号可能受到噪声、干扰等影响，因此需要进行滤波、增益控制等处理，以提高信噪比；同时，还需要对接收到的信号进行波束形成和波束跟踪，实现对目标的定位和跟踪。

算法优化。

为了提高多波束测量系统的性能，需要对信号处理算法进行优化。

例如，可以采用自适应波束形成算法，根据目标的特性自动调整波束形成参数，提高系统的灵敏度和抗干扰能力；同时，还可以采用多波束跟踪算法，实现对目标的高精度跟踪。

实施方案。

在实际应用中，多波束测量系统需要根据具体的场景和需求进行定制化设计。

例如，在雷达领域，可以采用相控阵天线实现多波束测量；在通信领域，可以采用多天线系统实现多波束信号接收和处理。

同时，还需要根据目标的特性和环境的影响进行参数调整和优化，以实现系统的最佳性能。

总结。

多波束测量是一种重要的远距离目标测量技术，它在雷达、通信、声纳等领域具有广泛的应用前景。

通过合理的系统架构、信号处理和算法优化，可以实现多波束测量系统的高性能和高精度。

在实际应用中，需要根据具体的场景和需求进行定制化设计和实施，以实现系统的最佳性能和效果。

以上就是关于多波束测量实施方案的介绍，希望能为相关领域的工程师和研究人员提供一些参考和帮助。

多波束测量技术的不断发展和完善，将为远距离目标测量领域带来更多的创新和突破。

Mini-GWAC控制系统的故障诊断专家系统∗付夏楠;黄垒;魏建彦【摘要】地基广角相机阵是中法合作空间多波段变源监视器天文卫星的地基观测设备， Mini-GWAC是其预研和补充项目。

针对Mini-GWAC望远镜阵列，从故障诊断方法、技术设计方案和故障诊断研究平台等方面展开，详细叙述了故障诊断系统的研究及设计过程。

该系统基于Mini-GWAC望远镜平台，采用专家系统理论和故障树分析相结合的方法开展故障诊断专家系统的研究。

研究成果对提高望远镜的可靠性，降低维护成本，提高观测效率有重要意义，同时为实现在其他望远镜上的应用增加技术积累。

%GWAC ( Ground-based Wide Angle Cameras) is the ground-based observation instruments of the sino-french cooperation SVOM astronomical satellite. Mini-GWAC is the pre-research project and supplement of GWAC. From the aspects of fault diagnosis methods, technical design plan and fault diagnosis platform, this paper describes the research and design process of fault diagnosis system in detail. Based on Mini-GWAC, we combine expert system theory and fault diagnosis analysis and use them to study the fault diagnosis expert system. Research results of this fault diagnosis system show that it can significantly improve the reliability of telescopes, reduce maintenance cost, improve the efficiency of observation and offer technical experience for application to other telescopes.【期刊名称】《天文研究与技术－国家天文台台刊》【年(卷),期】2016(013)003【总页数】7页(P366-372)【关键词】故障诊断;故障树;专家系统;分布式设计【作者】付夏楠;黄垒;魏建彦【作者单位】中国科学院大学，北京 100049; 中国科学院国家天文台，北京100012; 中国科学院空间天文与技术重点实验室，北京 100012;中国科学院国家天文台，北京 100012; 中国科学院空间天文与技术重点实验室，北京 100012;中国科学院国家天文台，北京 100012; 中国科学院空间天文与技术重点实验室，北京 100012【正文语种】中文【中图分类】TP311空间多波段变源监视器(Space-based multi-band astronomical Variable Objects Monitor, SVOM)是中法双方合作的天文科学卫星，科学目标是发现和观测伽玛暴，研究伽玛暴的辐射特性和爆发机制，以及利用伽玛暴研究早期宇宙和暗能量。

相控阵天线的基础理论修订版IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】第二章 相控阵天线的基础理论相控阵天线是从阵列天线发展起来的，主要依靠相位变化实现天线波束指向在空间的移动或扫描，亦称电子扫描阵列（ESA ）天线。

虽然用于相控阵雷达的相控阵天线有多种，但相控阵天线均是由多个天线单元，亦称辐射器构成的。

天线单元可以是单个的波导喇叭天线、偶极子天线、贴片天线等。

在每个天线单元后端都设置有移相器，用来改变单元之间信号的相位关系，信号的幅度变化则通过功率分配/相加网络或者衰减器来实现。

在扫描过程中，整个雷达不需要像采用普通阵列天线或者剖物面天线的雷达那样进行机械运动，因此波束指向迅速灵活，且可以实现多波束并行工作，使得雷达具有很强的自适应能力。

在相控阵天线的实际使用过程中，线性相控阵天线平面相控阵天线是较为常见的两种形式。

下面分别以这两种形式为例，阐述相控阵天线扫描的基本原理。

2.1 相控阵天线扫描的基本原理 2.1.1 线性相控阵天线扫描的基本原理线性相控阵天线广泛应用于一维相控扫描的相控阵雷达中。

根据基本的阵列类型，线性相控阵天线可以划分为垂射阵列和端射阵列。

垂射阵列最大辐射方向垂直于阵列轴向，天线波束在线阵法线方向左右两侧进行扫描。

相反，端射阵列主瓣方向沿着阵列轴向。

由于垂射阵应用最为广泛，因此主要讨论垂射阵。

图2.1是一个由N 个天线单元组成的线性阵列原理图，天线单元呈均匀排成一线，途中沿y 轴方向按等间距方式分布，天线单元间距为d 。

每一个天线单元的激励电流为(i 0,1,2,...N 1)i I =-。

每一单元辐射的电场强度与其激励电流i I 成正比。

天线单元的方向图函数用(,)i f θϕ表示。

图 2.1 N 单元线性相控天线阵原理图阵中第i 个天线单元在远区产生的电场强度为：2(,)ijr i i i i ieE K I f r πλθϕ-= (2.1)式中，i K 为第i 个天线单元辐射场强的比例常数，i r 为第i 个天线单元至观察点的距离，(,)i f θϕ为第i 个天线单元的方向图函数，i I 为第i 个天线单元的激励电流，可以表示成为：B ji i i I a e φ-∆= (2.2)式中，i a 为幅度加权系数，B φ∆为等间距线阵中，相邻单元之间的馈电相位差，亦称阵内相移值。

宽带宽角有源相控阵天线单元研究一、综述随着科技的不断发展，宽带宽角有源相控阵天线单元在雷达、通信、导航等领域的应用越来越广泛。

本文将对宽带宽角有源相控阵天线单元的研究进行综述，以期为相关领域的研究和应用提供参考。

宽带宽角有源相控阵天线单元作为有源相控阵天线的一种，具有高增益、宽波束、高分辨率等优点。

随着电子技术的不断进步，宽带宽角有源相控阵天线单元的研究取得了显著的进展。

从最初的硅基材料到现在的砷化镓、氮化镓等第三代半导体材料，天线单元的性能得到了极大的提升。

随着微电子技术和封装技术的不断发展，宽带宽角有源相控阵天线单元的尺寸逐渐减小，重量也越来越轻，为实际应用提供了更多的可能性。

在宽带宽角有源相控阵天线单元的研究中，阵列形式、指向控制、功率分配等方面都是重要的研究方向。

阵列形式主要包括矩形、圆形、六边形等，不同的阵列形式具有不同的优缺点，适用于不同的应用场景。

指向控制是通过改变每个辐射元的相位差来实现波束的指向控制，是提高天线性能的关键技术之一。

功率分配则是通过合理分配各个辐射元的功率，实现阵列的高效率、高增益等性能。

宽带宽角有源相控阵天线单元的研究还涉及到与其他系统的集成问题，如与微波毫米波系统的集成、与射频前端模块的集成等。

这些集成问题对于提高系统的整体性能具有重要意义。

宽带宽角有源相控阵天线单元作为现代通信和雷达系统的重要组成部分，其研究具有重要的理论价值和实际意义。

随着新材料、新工艺和新技术的不断涌现，宽带宽角有源相控阵天线单元的性能将得到进一步的提升，为实际应用带来更多的便利。

1.1 研究背景与意义随着科技的飞速发展，宽带宽角有源相控阵天线单元在现代通信系统中扮演着越来越重要的角色。

这种天线单元具有高增益、宽波束、低副瓣以及可调节的方向图等特点，因此在雷达、卫星通信、移动通信等领域具有广泛的应用前景。

如何实现高增益与宽波束之间的平衡？传统天线设计往往在提高增益的会导致波束宽度变窄，这在某些应用场景中可能无法满足需求。