一种频控阵雷达频偏误差分析方法

技术领域

本发明涉及于频控阵雷达发射波束形成技术领域，尤其涉及一种频控阵雷达频偏误差分析方法。

背景技术

在无线通信系统中，常常要求需要产生窄主瓣和低旁瓣的波束图案来让通信更加可靠。通常情况下，通过仿真可以得到理论上无误差时天线的辐射图案所对应的设计参数，然而天线在制造过程中的不可避免的随机误差，会导致实际参数偏离理论值，进而让实际的天线性能可能达不到理想的性能指标，所以在通常情况下需要耗费巨大的人力并利用昂贵的校准设备对天线进行校准，使其性能指标达到设计要求。因此，在实际应用中，对天线进行误差分析，是天线设计时非常重要的一步，通过误差分析能预测制造误差对天线性能的影响范围，进而能更好的利用一些校准系统对天线进行校准。

不同类型的误差对阵列天线的性能可能具有非常大的影响，因此，误差问题是阵列天线设计的一个不可忽视的问题。目前已经提出了多种误差分析技术，但这些技术都是利用不同的方法对相控阵的幅度，相位和位置误差等进行分析。而频控阵作为一种当代新型阵列，其原理是通过在每个阵列元素之间施加一个较小的(与载波频率相比)均匀频率偏移，进而产生一个距离角耦合波束图案，该波束是随时间、距离和角度的变化，并且在不同距离和角度上周期性地出现最大值，这与相控阵有非常大的不同。而造成这一现象的根本原因是，频控阵比相控阵多了一个设计自由度频偏，频偏作为频控阵最核心的设计参数之一，其误差必定会对频控阵波束性能产生重大的影响，但目前鲜有分析频控阵误差的方法或文献，大部分误差分析的相关技术都是适用于相控阵的幅度、相位和位置等误差，对于频控阵频偏误差分析，还存在一定缺口。

发明内容

本发明的目的在于提供一种频控阵雷达频偏误差分析方法，旨在解决现有技术中缺少频控阵频偏误差分析方法的问题。

为实现上述目的，本发明采用一种频控阵雷达频偏误差分析方法，包括下列步骤：

构建发射波束模型，推导发射波束的数学表达式；

引入已有的功率谱推导公式分析；

分别求出发射波束表达式的对应参数；

将所述对应参数代入所述功率谱推导公式，获得发射波束功率谱的上界和下界；

仿真分析进行验证。

其中，所述发射波束模型为频控阵发射波束模型。

其中，在构建发射波束模型，推导发射波束的数学表达式的过程中，构建频控阵发射波束模型，推导存在频偏误差时发射波束功率谱的数学表达式，并获得由频率误差引起的功率谱相位变化的上界和下界的数学表达式。

其中，所述功率谱推导公式为已有的基于区间算法的功率谱推导公式。

其中，所述对应参数包括发射波束表达式实部的中点和区间宽度，还包括发射波束表达式虚部的中点和区间宽度。

其中，在将所述对应参数代入所述功率谱推导公式，获得发射波束功率谱的上界和下界的过程中，将发射波束表达式实部以及虚部的中点和区间宽度值代入已有的基于区间算法的功率谱推导公式，获得存在频偏误差时发射波束功率谱的上界和下界。

其中，在仿真分析进行验证的过程中，应用Linear-FDA、Log-FDA和Taylor-FDA三种构型进行仿真验证有效性。

本发明的一种频控阵雷达频偏误差分析方法，通过将频控阵的频偏误差转换为相应的相位误差，然后再利用区间算法对相位误差进行分析，进而求得存在频偏误差时FDA发射波束的功率谱的上界和下界，进而分析发射天线的容差特性，因此在实际情况下，对天线参数的矫正具有重大意义，弥补了目前鲜有用于频控阵频偏误差分析的空缺。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种频控阵雷达频偏误差分析方法的流程示意图。

图2是本发明的频控阵FDA阵列构型图。

图3是本发明的具体实施例中由频偏引起的相位变化幅度在π内时，sin函数区间最值变化特性图。

图4是本发明的具体实施例中频偏引起的相位变化幅度超过时，sin函数区间最值变化特性图；

图5是本发明的Linear-FDA的仿真图；

图6是本发明的Log-FDA的仿真图；

图7是本发明的Taylor-FDA的仿真图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明提出了一种频控阵雷达频偏误差分析方法，包括下列步骤：

S1：构建发射波束模型，推导发射波束的数学表达式；

S2：引入已有的功率谱推导公式分析；

S3：分别求出发射波束表达式的对应参数；

S4：将所述对应参数代入所述功率谱推导公式，获得发射波束功率谱的上界和下界；

S5：仿真分析进行验证。

所述发射波束模型为频控阵发射波束模型。

在构建发射波束模型，推导发射波束的数学表达式的过程中，构建频控阵发射波束模型，推导存在频偏误差时发射波束功率谱的数学表达式，并获得由频率误差引起的功率谱相位变化的上界和下界的数学表达式。

所述功率谱推导公式为已有的基于区间算法的功率谱推导公式。

所述对应参数包括发射波束表达式实部的中点和区间宽度，还包括发射波束表达式虚部的中点和区间宽度。

在将所述对应参数代入所述功率谱推导公式，获得发射波束功率谱的上界和下界的过程中，将发射波束表达式实部以及虚部的中点和区间宽度值代入已有的基于区间算法的功率谱推导公式，获得存在频偏误差时发射波束功率谱的上界和下界。

在仿真分析进行验证的过程中，应用Linear-FDA、Log-FDA和Taylor-FDA三种构型进行仿真验证有效性。

进一步地，本发明提出了一个具体的实施例，步骤S1中考虑一个阵元数，阵元间距且均匀分布(为波长)的FDA阵列，如图2所示，因此第个阵元的发射频率为

其中f

a

因此其发射波束表达式为

进一步其功率谱可以表示为

在考虑频偏误差对发射波束功率谱的影响时，令t＝0是合理的(因为t的取值不同仅仅表现在发射波束图案在距离维上的平移，并不会影响发射波束的总体形状)，因此存在频偏误差的发射波束的功率谱表达式具体为：

其中

其中由公式(7)-(8)可知，α

步骤S2中，引用了已有的基于区间算法的功率谱推导公式：

其中

步骤S3中，需要分别求出发射波束表达式的实部和虚部对应的中点和区间宽度，对于发射波束其实部可以求得为：

相应地，其虚部：

对于

同理对于

于是可以分别求出

宽度为：

同理对于

宽度为：

步骤S4中，将(17)-(20)代入到(11)-(14)可以求得，

步骤S5中，将应用到Linear-FDA,Log-FDA,Taylor-FDA进行仿真分析。

通过对三种构型的FDA(Linear-FDA,Log-FDA,Taylor-FDA)进行仿真进而验证其有效性，并且通过产生S＝10

其中

最后，Linear-FDA的仿真结果如图5所示，Log-FDA的仿真结果如图6所示，Taylor-FDA的仿真结果如图7所示。通过观察本方法应用中以上三种FDA上的仿真结果，可以得出本方法能很容易找到存在频偏误差时FDA功率谱的上界和下界，进而可以对天线的性能进行分析。在实际情况下，FDA天线发射信号时肯定会存在频偏误差，因此，通过利用本方法能很容易的到FDA天线的容差特性，进而就能对天线进行矫正，传统的方法通常会采用昂贵的矫正设备，本方法能极大的降低成本，具有重大意义。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。