光控相控阵列系统及其关键技术研究

论文摘要

传统相控阵雷达虽然具有众多的技术和战术性能优势，但是由于受到阵列孔径渡越时间的限制，故它只能在相对窄的信号带宽下工作，从而限制了相控阵雷达在复杂环境中和高性能要求领域的应用。而光控相控阵雷达采用光电子技术，通过光延时方法来抵消孔径渡越时间，使用光波束形成网络来实现相控阵的波束形成与扫描，所以它具有大瞬时带宽扫描工作的能力，甚至能够工作在超宽带下；同时也可以使得相控阵雷达小型化，以及具有强的抗电磁干扰的能力。因此，光控相控阵雷达能够适应和满足现代战争对雷达全方位、高性能的发展要求，成为相控阵雷达发展的一个重要方向。 在光控相控阵雷达系统中，主要是通过引入光真实时延(OTTD)技术改善普通相控阵雷达诸多性能，所以光控相控阵雷达系统研究属于电子学与光学相互交叉的综合性研究领域，同时也是部件技术研究与系统性能研究紧密结合的系统性研究课题。由于采用光电子技术，须先将雷达信号经过激光器或调制器完成电光变换后，由光纤传输，再经过OTTD单元，并在光探测器中完成光电变换，在整个光传输和分配过程中，雷达信号必将受到来自光路噪声或干扰的进一步污染，从而产生某些畸变和失真，结果必然对阵列系统的性能指标、方向特性和阵列系统的信号处理产生影响。 本文立足于光控相控阵实验系统的研制，在国内首次系统地对光控相控阵列系统与理论及其涉及的关键技术进行了研究，取得的主要成果和创新性体现在如下几个方面： (1)、建立了光控相控阵列的矢量数值仿真模型，理论分析了影响阵列瞬时带宽的因素，并对波束展宽与带宽的关系进行了研究。 (2)、提出了基于偏移和旁瓣电平相结合的阵列子阵划分方法。 (3)、研究了光路传输特性及其一致性、噪声特性和非线性特性对阵列方向图与系统脉冲压缩性能的影响。 (4)、建立了光开关时延网络的数学模型，并研究了开关延时网络对阵列方向图与系统脉冲压缩性能的影响。 (5)、分析了光控阵列系统的噪声和动态范围性能，并提出了光控相控阵列收发共用OTTD单元的六种系统构成结构。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 相控阵雷达的发展与应用和有关光电子技术
• 1.2 光控相控阵雷达及其特点
• 1.3 光控相控阵雷达技术的国内外研究现状
• 1.4 本论文研究的背景、意义和主要内容
• 1.4.1 研究背景、意义
• 1.4.2 研究的主要内容
• 1.5 全文内容安排
• 第二章 相控阵雷达系统有关基本理论
• 2.1 雷达系统有关基本概述
• 2.2 相控阵列天线基本原理
• 2.3 相控阵列天线方向图的基本特性
• 2.4 相控阵列天线几个主要问题
• 2.5 本章小结
• 第三章 光控相控阵列系统模型与理论
• 3.1 光控时延相控线型阵列及其数学模型
• 3.2 光控相控线型阵列瞬时带宽的理论分析
• 3.2.1 光控相控阵列方向图偏斜与带宽的关系
• 3.2.2 光控相控阵列方向图主瓣展宽与带宽的关系
• 3.2.3 光控相控阵列的传递函数
• 3.2.4 光控相控阵列和普通相控阵列对 LFM信号的压缩影响研究
• 3.3 光控相控线型阵列子阵划分的数值方法
• 3.3.1 类栅瓣旁瓣和主瓣偏移随子阵数变化的数值仿真
• 3.3.2 类栅瓣旁瓣电平与子阵数的关系
• 3.3.3 主瓣偏移与子阵数的关系
• 3.3.4 光控阵列天线子阵数求解方法
• 3.3.5 计算机仿真结果
• 3.4 光控系统的时延分配方式及其物理配置方法
• 3.4.1 并行方式及时延网络配置方法
• 3.4.2 串行方式及配置
• 3.5 光控相控平面阵列及其数学模型
• 3.5.1 光延时平面阵列模型
• 3.5.2 光延时平面阵列方向图
• 3.6 本章小结
• 第四章 宽带模拟光纤传输链路及其对光控阵列系统影响研究
• 4.1 射频与微波模拟光纤链路构成模型和性能分析
• 4.1.1 光纤传输链路构成模型
• 4.1.2 光纤链路性能分析
• 4.2 光纤传输的调制、检测技术与光电器件
• 4.2.1 调制技术
• 4.2.2 检测技术
• 4.2.3 光链路中的光电器件
• 4.3 光链路幅相特性对阵列方向图和脉冲压缩的影响
• 4.3.1 光链路幅频特性对阵列方向图和脉冲压缩的影响
• 4.3.2 光路相频特性对方向图和脉冲压缩的影响
• 4.4 光路噪声及其对光控阵列方向图和脉冲压缩的影响
• 4.4.1 光纤链路的噪声分析
• 4.4.2 光纤链路噪声对阵列方向图和方向性系数的影响
• 4.4.3 光纤链路噪声对 LFM脉冲压缩影响
• 4.5 光链路非线性及其对阵列方向图和脉冲压缩的影响
• 4.5.1 谐波失真及其对方向图的影响
• 4.5.2 互调失真及其对方向图的影响
• 4.5.3 基于非线性增益函数的非线性对方向图和脉冲压缩的影响
• 4.6 光链路系统设计
• 4.6.1 光链路配置和系统指标
• 4.6.2 光射频与微波传输发射机设计
• 4.6.3 光射频与微波传输接收机设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 光开关时延网络与时延误差研究
• 5.1 光控相控阵列中的光延时（OTTD）技术和时延网络
• 5.2 光开关分类、技术现状及主要技术指标
• 5.3 实验系统的光开关及 OTTD的设计
• 5.3.1 实验系统的光开关及其驱动
• 5.3.2 实验系统的 OTTD设计
• 5.4 光开关串扰对阵列方向图和脉冲压缩的影响
• 5.4.1 光开关有关性能参数定义
• 5.4.2 基于光开关串扰的 OTTD数学模型
• 5.4.3 串扰对光控相控阵方向特性的影响
• 5.4.4 串扰对 LFM脉冲压缩的影响
• 5.5 时延和相位量化误差及其对阵列方向图的影响
• 5.5.1 时延和相位量化误差分析
• 5.5.2 时延和相位量化误差对阵列方向图的影响仿真
• 5.6 本章小结
• 第六章 光控相控接收阵列系统性能分析
• 6.1 光控相控阵列噪声分析
• 6.1.1 光控接收阵列噪声分析模型
• 6.1.2 光控接收阵列的噪声分析
• 6.2 光控接收阵列的动态范围分析
• 6.2.1 两个基本关系
• 6.2.2 接收阵列的动态范围分析
• 6.3 系统的噪声系数和动态范围计算
• 6.3.1 接收系统前端构成模型
• 6.3.2 噪声和动态范围计算
• 6.4 本章小结
• 第七章 光控相控阵列系统结构与实验
• 7.1 光控相控阵列收发共用 OTTD的系统构成方案
• 7.2 实验系统的光发射和接收整机设计及实验系统结构
• 7.2.1 实验系统光发射整机
• 7.2.2 实验系统光接收整机
• 7.2.3 实验光控阵列系统结构
• 7.3 光链路测试
• 7.3.1 光链路幅频、相频、时延测试
• 7.3.2 光链路非线性测试
• 7.4 光开关时延测试
• 7.5 光控相控阵列系统实验
• 7.6 本章小结
• 第八章 全文总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读博士期间发表的论文
• 个人简介