论文总字数：20987字

摘 要

相控阵（Phased Array, PA）能够在期望方向上产生较大增益，由于其快速且精确的波束指向性而被广泛应用于现代雷达的各个领域。频控阵（Frequency Diverse Array, FDA）是一种新型电子扫描阵列结构，其波束在距离-方位维呈“S”型曲线，在传统相控阵的基础上实现了距离依赖性。本文主要针对传统相控阵波束形成以及频控阵特性和波束形成技术展开研究，主要包括以下内容：

(1) 介绍了相控阵雷达基本结构和相控阵波束形成技术，研究了传统相控阵雷达的波束特性，在仿真中通过改变各项参数分析雷达波束图的变化，总结了波束性能与阵元参数的内在联系。

(2) 在相控阵雷达波束形成基础上，研究了频控阵雷达的波束形成及接收处理技术。具体给出了频控阵雷达基本模型结构，分析推导了频控阵雷达阵列因子，证明了波束的时变特性与距离-方位耦合特性。在此基础上，通过仿真验证了频控阵雷达波束在距离维、方位维以及时间维上的周期性。并对比了传统相控阵波束与频控阵波束的不同。最后探讨了频控阵雷达波束去耦合方法与接收处理结构模型。

频控阵雷达与相控阵雷达有着显著的区别和特征，其周期性可应用于许多领域。频控阵雷达的出现也为新兴技术的产生以及传统技术的发展提供了一种新的研究方向。

关键词： 相控阵 频控阵 波束形成 周期性

Research on beamforming of frequency diverse array radar

Abstract

Phased array (PA) is widely used in various fields of modern radar because of its fast and accurate beam directivity. Frequency diverse array (FDA) is a new type of electronic scanning array structure. It realizes the distance dependence on the basis of traditional phased array. By adding different frequency offsets on the basis of the original carrier frequency of different array elements, the beam of the frequency diverse array radar presents an "s" curve. This paper mainly focuses on the traditional phased array beamforming, frequency diverse array characteristics and beamforming technology, including the following aspects:

(1) This paper introduces the basic structure of phased array radar and phased array beamforming technology, studies the beam characteristics of traditional phased array radar, analyzes the changes of radar beam pattern by changing various parameters in simulation, and summarizes the internal relationship between beam performance and array parameters.

(2) Based on the above studies, the beam forming and receiving processing technology of frequency diverse array radar are studied. The model structure of frequency diverse array radar is detailly given. The array factors of frequency diverse array radar are analyzed and deduced. The time-varying characteristics of the beam and the range azimuth coupling characteristics are proved. On this basis, the periodicity of frequency diverse array radar beam in range dimension, azimuth dimension and time dimension are verified by simulation. The differences between the traditional phased array beam and the frequency diverse array beam are compared. Finally, the beam decoupled method and the structure model of receiving and processing are discussed.

There are significant differences and characteristics between frequency diverse array radar and phased array radar. The periodicity can be applied in many fields. The emergence of frequency controlled array radar also provides a new research direction for the emergence of new technology and the development of traditional technology.

Key words: phased array; frequency diverse array; beamforming; periodic

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 发展历史及现状 2

1.3 论文的内容安排 3

第二章 雷达波束形成技术 5

2.1 相控阵雷达基本原理 5

2.1.1 相控阵雷达波束形成原理 5

2.1.2 相控阵雷达波束图 8

2.2 频控阵雷达基本原理 11

2.2.1 频控阵雷达波束形成原理 11

2.2.2 频控阵雷达波束图 13

2.3 本章小结 16

第三章 频控阵雷达波束特性分析及接收处理 17

3.1 频控阵雷达波束特性分析 17

3.1.1 波束的时变特性与扫描特性 17

3.1.2 波束的周期性 19

3.1.3 频率偏移量的选取原则 22

3.1.4 距离-方位耦合特性 24

3.2 频控阵雷达接收处理方案 25

3.2.1 第一种接收方案 26

3.2.2 第二种接收方案 27

3.2.3 第三种接收方案 28

3.3 本章小结 29

第四章 总结与展望 30

参考文献 32

致 谢 34

第一章 绪论

研究背景及意义

雷达技术出现于二十世纪三十年代，其研究最早是为了防止船舶相撞，是无线电定位技术^[1]的主要应用，后来被广泛应用于航空领域^[2]，尤其被军方所青睐。随着二战时期各国对于军事储备的加强，雷达技术在不断地发展壮大，理论也在不断成熟。随着雷达技术的出现与发展，其应用也越来越广泛，发挥着十分重要的军事价值和民用价值，与此同时，人们对于位置信息的精确度、雷达应用的普遍性、波束扫描的灵活性、图像的高分辨率等各方面信息的综合性也有了更高的需求。

相较于最初的机械扫描雷达^[3]来讲，相控阵雷达^[4](Phased Array，PA)更加灵活精确，可以实现空间内波束的自由扫描。相控阵雷由多个独立天线单元组成，其中每个天线又与移相器相连，可以通过移相器^[5]达到控制每路信号相位的效果。与此同时相控阵也可以改变天线表面阵列所发出波束的合成方式，来改变波束扫描^[6]方向。由于其较强的方向增益、高分辨率以及良好的杂波抑制作用而被广泛应用于现代军事、农业、生活等领域。

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