[发明专利]一种星载SAR相控阵天线阵面布局方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达天线技术领域，具体地说是一种星载SAR相控阵天线阵面布局方法。本发明方法可应用于进行有限扫描的相控阵雷达天线，可大大降低峰值扫描栅瓣，降低大峰值栅瓣对雷达系统方位模糊性能的影响。

背景技术

随着天线技术和雷达技术的发展，大量的现代高性能雷达比如高分辨率合成孔径雷达，采用了相控阵天线体制，而且有源相控阵天线的应用越来越广泛，天线性能越来越高，造价也在逐年降低。在现有的相控阵雷达应用中，某些高性能雷达采用了全分布式的二维宽角扫描相控阵天线，但造价往往很高，天线重量密度也很大。出于成本和重量考虑，某些雷达比如星载SAR有源相控阵天线，一般采用距离向单T/R组件激励单辐射单元，实现宽角扫描；方位向单T/R组件激励多种辐射单元，实现有限相控扫描。有限相控扫描是指天线方位向由于出现阶梯量化的相位分布，方位向扫描能力一般很小。扫描范围与相位量化阶梯密切相关，大的相位量化阶梯会降低天线扫描能力，使扫描方向图栅瓣升高。在星载SAR的常规聚束模式或滑动聚束模式下，具有方位向扫描栅瓣大，扫描能力低的缺点，对星载SAR系统的聚束模式成像指标方位模糊性能形成较大影响，甚至使图像出现虚假目标。

常规相控阵雷达天线阵面设计采用正规矩形栅格结构，出于成本和重量等考虑，在扫描范围确定的情况下，相控阵天线采用尽可能少的T/R组件(或移相器)。比如星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，以后简称SAR)相控阵天线在方位向一般采用单个T/R组件(或移相器)连接多个辐射单元的实现方案，在阵面方位向会出现阶梯量化的相位分布。相控阵天线的扫描能力与相位量化阶梯密切相关，大的相位量化阶梯会降低天线扫描能力，也会使扫描方向图栅瓣升高。在常规聚束模式或滑动聚束模式下，具有方位向扫描栅瓣大，扫描能力低的缺点，对星载SAR系统的聚束模式成像指标形成较大影响。

常规相控阵天线采用正规矩形栅格结构，国内也有研究单位对采用三角形栅格结构和稀疏布阵的方案进行了论证。常规三角形阵面布局方案是将天线沿距离向分为若干相同的子阵，沿方位向交替交错。采用这种方案将正规矩形栅格结构的单个大峰值扫描栅瓣散化为几个分布的小峰值栅瓣，使方位向扫描栅瓣峰值有所降低，但降低效果不够理想。稀疏布阵方案是指沿天线方位向中心向边缘逐渐增加单T/R组件(或移相器)激励辐射单元的数量，或逐渐增加单T/R组件(或移相器)间距，使天线方位向实现一定程度的能量密度加权，实现打乱方位向T/R组件(或移相器)排列周期紊乱，降低方位向扫描栅瓣，改善雷达方位模糊性能的目的。采用稀疏布阵方案会增加馈电网络布局和天线框架设计的复杂性，而且提高了辐射方向图的平均副瓣。

发明内容

本发明的目的是针对现有相控阵天线的有限扫描问题，提供一种相控阵天线阵面布局方法，在不增加T/R组件或移相器的情况下，降低相控阵天线在有限扫描情况下的扫描栅瓣，降低雷达系统受大峰值栅瓣的影响。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种星载SAR相控阵天线阵面布局方法，其相控阵天线在方位向实现有限扫描；其包括步骤：

1)在方位向T/R组件或移相器数量不变的情况下，将天线阵面沿距离向划分为若干不等的子阵；

2)以子阵为单位沿天线方位向交替交错，交错距离约为T/R组件或移相器方位向间距的一半；

3)同时，将正规矩形栅格结构的单个大峰值扫描栅瓣散化为多个分布的小峰值栅瓣，从而使方位向扫描栅瓣峰值大大降低，降低雷达系统受大峰值栅瓣的影响。

所述的相控阵天线阵面布局方法，其所述天线子阵沿方位向交错距离约为T/R组件或移相器方位向间距的一半，为0.4～0.5倍，其中，交错距离是指相邻的相互交错的子阵沿方位向重叠部分的距离，所有子阵的交错距离或相等，或不等；当为多种不同的交错距离时，方位向扫描栅瓣散化效果更好，但会增加相控阵天线馈电网络布局和天线框架设计的复杂性。

所述的相控阵天线阵面布局方法，其所述具体步骤包括：

A)建立天线布局对应的方向图模型，建立不同方向图下的雷达系统性能仿真模型；

B)将天线距离向分成若干种不等间距子阵，沿方位向以一定距离交替交错，计算其方向图，并分析方向图对应的雷达系统性能；

C)多次重复第A)、B)步，通过穷举法计算多种子阵划分方案，不同交错距离下的雷达系统性能，形成以非等间距子阵划分方案、子阵交错距离、雷达系统性能三类指标为内容的数据表格，并以雷达系统性能为目标进行排序；