0 引 言

一维相控阵雷达是当今世界海军广泛应用的一种三坐标舰载雷达，该体制雷达方位角采用机械扫描，俯仰角采用相控电子扫描，具备海空探测能力，可为舰船防御武器提供高质量的三维目标信息。随着电子技术和软件无线电的发展，舰载一维相控阵雷达的阵面集成度越来越高，通常包含了雷达天线阵列、收发射频和中频通道、数字波束形成、混合数据光纤传输等模块，其阵面控制系统通常需要完成波束指向控制、收发通道幅相一致性校准、阵面工作时序控制和工作参数配置等功能，同时为了减轻天线阵面重量，阵面控制系统通常还需集成电子稳定平台解算功能，用以取代传统雷达的机械稳定平台。本文介绍了一种舰载一维相控阵雷达阵面控制系统的设计方案，针对电子稳定平台解算方法、收发波束指向控制，收发通道自动校准方法等关键技术进行了详细描述。

1 雷达阵面的组成

舰载一维相控阵雷达的天线阵面主要由雷达天线阵列、接收组件阵列、发射组件阵列、收发开关阵列、频率合成分机、波形产生模块、功分网络、数字波束形成模块、阵面控制系统等组成，其它还包括电源系统，环境控制系统、混合数据光纤传输系统等。阵面控制系统与阵面其它系统的连接关系如图1所示。

  

图1 雷达阵面组成部分及其连接关系

阵面控制系统需要完成天线阵列的电子稳定平台解算、收发波束指向控制、收发通道自动校准以及各种触发信号的产生等。收发波束指向控制包括发射组件移相码、接收组件移相码和衰减值的计算；电子稳定平台主要解决舰船在纵横摇的情况下，发射波束和接收波束仍然可以按照预定空域进行扫描；同时，由于各个收发通道存在幅相不一致性，阵面控制系统还需控制其它模块完成收发通道的一致性校准。

2 雷达阵面控制系统的关键技术

2.1 雷达阵面控制系统的组成及其工作流程

雷达阵面控制系统由定时触发模块、发射波束波位解算模块、接收波束波位解算模块、发射组件控制码计算模块、接收组件控制码计算模块组成。整个阵面控制系统的工作流程如图2所示。

  

图2 雷达阵面控制系统的工作流程

2.2 电子稳定平台的解算方法

雷达波束电子稳定是指通过对相控阵雷达波束的指向控制，来补偿由于舰船船体纵横摇变化造成的雷达波束空域覆盖变化，使其仍按照预定的空域进行波束扫描。在舰船中线面内，以平行于船的基面，指向船首为X轴，垂直于船的基面，向上为正为Y轴，满足右手螺旋定则建立甲板坐标系oR(θR,δR,RR)；同时建立大地坐标系oE(θE,δE,RE)，其X轴保持水平，Y轴保持竖直，三坐标满足右手定则；甲板坐标系和大地坐标系共原点，在没有发生纵横摇时，保证其两坐标系坐标轴重合[1-4]。

暗视野观察所用物镜的数值孔径宜在1.00～1.25左右，太高反而效果不佳，最好使用转动物镜中部的调节环可随意改变数值孔径大小的，带视场光阑的物镜 [6]。

舰船在风浪和浪涌的作用下，甲板坐标系坐标轴发生了旋转，假设横摇为β，纵摇为α，则：

oR=TRα·TRβ·oE

(1)

 

(2)

式中：

式(1)、式(2)给出了在纵横摇存在的条件下，甲板坐标系和大地坐标系之间的转换关系。假设某个重频周期，按照雷达预定的工作方式，在大地坐标系下，发射波束或接收波束的俯仰角为ε，而此时方位角为φ，根据极坐标系和直角坐标系的转换关系式(3)，可得在大地坐标系下，其单位方向向量oE为：

••

 

(3)

假设舰载一维相控阵雷达天线阵列如图4所示，在YOZ平面内，各相邻单元在Z方向上的间距为d，根据相邻单元之间信号的“空间相位差”与“阵内相位差”相等的原理，算出阵列中第k行天线单元(k=0,1,2,…，m-1) 波控码Ck相对于第0列天线单元的波控码C0:

式中：Qij为第i个样品的第j个元素的富集系数；Cij为第i个样品的第j个元素测试值；Tj为第j个元素的异常下限。

 

基于出行连续性识别公交下车站点模型(模型1)相较于基于出行链识别(模型2)存在明显的缺陷，公交刷卡乘客中存在大量刷卡用户出行是不连续的，针对这些刷卡数据，该模型是无法识别下车站点的. 因此其误差会相对较高，无法得到相对准确的客流结果. 基于出行链识别乘客下车站点，不仅可以识别出行连续的刷卡记录(A类乘客)，还创新的将出行链断裂的刷卡乘客细分为2类，一类是出行链断裂，但存在闭合历史记录，其概率确定方法为另一类是出行链断裂且不存在闭合历史记录，其概率确定方法为

(4)

根据式(5)，即可得到在甲板坐标系的俯仰角：

当雷达工作于校准模式下时，雷达阵面控制系统触发波形产生模块产生基带校准信号，该校准信号和频率合成器输出的射频信号进行混频，通过功分网络输出到待校准的发射通道，发射通道的输出在校正耦合网络的作用下，输出到标准校准接收组件，该接收组件完成对射频发射波形(和阵列天线的相位相同，幅度作固定衰减)的下变频，然后输出中频信号到阵面控制系统的模/数(A/D)转换电路，阵面控制系统完成A/D转换、数字下变频、正交接收后得到此发射通道的IQ支路输出，通过计算得到该发射通道的幅度值和相位值；在一个发射通道校准完成后，切换到下一个待校准的发射通道，依次完成所有发射通道的校准工作。完成一个发射通道的校准流程仅需几个毫秒，对于规模不大的舰载一维相控阵雷达，完成整个阵面所有发射通道的校准工作仅需数秒，可以认为在该段时间内，所有发射通道和标准校准接收组件的外部工作温度条件相同，因而利用此方法得到的发射通道幅度值和相位值即可作为发射阵面的校准值。

他居然点上了一支烟。烟雾升腾中，他写了一条短信：竹，不管多晚，我都会回来。等我。发送后，他关闭了手机。手机入袋，他舒了一口气。转念间，又摸出手机，开启。摁了几个键以后再次关闭。随即，开门下车。医院的大门前是五级台阶，他两步迈上台阶。在三楼妇产科的玻璃门前，他拦住了一名女医生。确切地说，是那名医生拦住了他。没看见牌子吗？不能吸烟！

 

(5)

杜尔与KUKA携手为一般工业开发了一款紧凑机器人作为自动油漆喷涂的集成解决方案。作为预安装的即装即用的“ready2spray”喷涂机器人，其采用经过反复测试的全兼容部件，为市场带来了一个独特的组合。

废渣填埋场若发生污染物(氟化物或氰化物)泄露，将对地下水产生严重污染，并向南侧迁移。20 a内最远可扩散300 m，扩散面积可达36 600 m2。到时下游的新寨、水塘寨以及团结水库等地的居民生活用水和工业用水都会受到污染，对社会造成严重的危害。因此必须提高填埋场底部及四周的防渗等级。

2.3 收发通道幅度和相位的自动校准

为了满足相控阵雷达天线的低副瓣、高增益指标，对天线收发通道幅度和相位一致性有很高要求，同时对于校准好的天线阵面，收发组件的更换都有可能造成天线方向图的变化，因而需要寻求一种对天线阵面收发通道进行校准的有效方法。根据测量信号注入或获取点的不同，有源相控阵天线监测的方法分为2种：远场监测和近场监测。远场监测是指在距离阵列天线满足远场条件的地方放置监测装置(一般含辐射源和接收通道)，利用该监测装置完成阵列天线发射通道和接收通道的校准。近场检测需要微波暗室的配合。在舰载雷达安装完成后，一般很难找到满足远场条件和近场条件的监测装置安装位置来进行远场监测和近场监测，所以研究利用雷达自身设备或少量辅助设备实时进行接收和发射通道的自动校准具有重要意义。下面以发射通道为例来介绍收发通道幅度和相位的自动校准流程[5]。

一直以来，理论学术界对高校思政课教师的职责及角色定位的研究持续不断。因条件所限，对学者的研究成果笔者主要概括以下4种观点：

重复式(3)、式(4)、式(5)，即可计算出同一重频周期内，所有发射波束和接收波束在甲板坐标系的俯仰角。

  

图3 发射通道幅度和相位的自动校准原理

接收通道与发射通道的校准原理基本相同，区别仅在于用同一个标准校准发射组件发射射频波形，然后利用校准耦合网络依次耦合到待校准的接收通道，最后完成A/D转换、数字下变频、正交接收等一系列处理，从而得到接收通道的校准值。

2.4 收发波束控制方法[6-7]

假设此时横摇为β，纵摇为α，根据式(1)，可以得到甲板坐标系下的方向向量oR的计算公式为：

 

(6)

式中：δ(k)为第k行的校准值。

(7)

式中：k=0,1,2,…，m-1；N为数字式移相器的计数位数；λ为发射波长；εR为雷达在仰角上的扫描角度，其范围是-π/2<θB<π/2。

  

图4 舰载一维相控阵雷达天线分布

进一步考虑到组件的初始相位的不一致性和非线性温度补偿，将式(7)修改为：

Ck=(k+1)C0+δ(k)

(8)

Ck=(k+1)C0

收发波束的布相方法主要有查表法和计算法2种。考虑到数据存储量和现场可编程门阵列(FPGA)计算的便利性，在本控制系统中采用查表法和计算法相结合的方法进行波控码的计算，具体计算流程如下：

(1) 由电子稳定平台解算得到的雷达天线阵面波束俯仰角εR，发射频点查表得到第0列天线单元的波控码C0；

(2) 查表得到第k行组件的校准值δ(k);

(3) 根据式(8)，利用FPGA计算得到第k行的波控码Ck；

(4) 在定时脉冲的驱动下，将组件的控制码加载到所对应的控制组件。

3 结束语

本文论述了一种舰载一维相控阵雷达阵面控制系统的设计方法，对阵面控制系统需要解决的电子

稳定平台、收发通道幅相的自动校准和收发波束控制方法进行了详细的论述，同时该控制系统具有集成度高、重量轻、成本低等优点，具有一定理论价值和工程价值。

参考文献

[1] 栾铸徴，陈舒敏，吴俭.舰载一维相控阵雷达波束电子稳定研究[J].现代雷达，2013,35(8):14-18.

[2] 方成一，王振旺.舰载雷达天线电子稳定方程的推导方法[J].雷达与对抗，1999(2)：68-74.

[3] 冯同玲，陈龙潭.舰载雷达天线电子稳定方程的推导与分析[J].火控雷达技术，2001，30(1)：31-36.

[4] 曹正才.舰载雷达常用稳定方式坐标变换[J].雷达与对抗，2010(3):47-52.

[5] 宋虎，李赛辉，刘剑，将迺倜.一种数字阵列雷达幅相检测校准的新方法[J].雷达与对抗，2015(1):29-33.

[6] 简育华，付学斌，席安安.波束控制算法在FPGA中的实现[J].火控雷达技术，2009,38(4)：57-61.

[7] 吕大鑫，冯彩霞，徐晓瑶.基于DSP的高速相控阵波束控制器设计[J].舰船电子对抗，2014,37(10)：118-120.