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摘要相控阵馈源（PAFs）和传统的波导馈源相比，而能够增大反射器视场以及提升扫描的速度。一些与相控阵馈源观测有关联的挑战包括低信号强度、长期系统获得稳定的需求、由互耦造成的空间相关有色噪声以及宽带波束形成，这就需要阵列信号处理技术的新发展。相控阵系统的幅相不一致性在实际中是无法避免的，加上阵元互耦与噪声干扰使得导向矢量不能用解析形式准确表达出来，所以需要对不同方向收到的信号进行计算来标定导向矢量。单元故障和误差会在很大程度上影响到相控阵天线的性能。而增加有源部件则会故障率变高，加上移相器和传输线造成的误差以及机械变形会使辐射方向图发生畸变。本文提出了几种相控阵列标定的算法，并对它们进行了比较然后给出了仿真结果。30915
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毕业论文关键词 相控阵馈源 相控阵天线 标定
Title Research on Phased Array Feed Calibration
Abstract Relative to traditional waveguide feeds, phased array feeds (PAFs) can increase reflector field ofview and faster survey speeds.Unique challenges associated with PAF observations, includingextremely low signal intensity, long-term system gain stability requirements, spatially correlatednoise due to mutual coupling, and tight beam shape tolerances, require the development of newarray signal processing techniques for this application.Phased array system of amplitude and phase consistency in practice is unavoidable and battlebetween the elements of coupling and noise interference makes steering vector not in an analyticform accurately, so it is necessary to signal which is received by the different directions werecalculated to calibrate the steering vector. The fault and error of the unit will largely affect theperformance of phased array antennas.. The failure rate of the active component will be higher,and the error caused by the phase shifter and transmission line and the mechanical distortion cancause the radiation pattern to be distorted.. In this paper, several algorithms for phased arraycalibration are proposed, and the simulation results are given..
Keywords phased array feeds Phased array antenna calibration
目 次
1 绪论 1
1. 1 研究背景及意义 1
1. 2 国内外研究现状 3
1.3 本文的内容与安排 4
2 阵列信号与噪声的数学模型 5
2.1 阵列信号的数学模型 5
2.2 噪声的数学模型 7
2.3 波束成形器的设计 8
2.4 直线相控阵天线理论 8
3 阵列标定方法 1 0
3.1 Jeffs et al 的校准方法 10
3.2 对于第一种算法的改进方案 11
3.3 本文提出的一种标定方法 12
4 仿真及分析 1 3
4.1 基本参数设置 13
4.2 算法实现及比较方法 14
4.3 仿真结果及分析 16
4.4 探讨参数设置对仿真结果的影响 20
结论 22
致谢 23
参考文献 24
1 绪论1.1 研究背景及意义实际相控阵列安装和使用时会有幅相不一致性，这导致导向矢量不能用解析形式表达出来，因此我们需要通过估计不同角度信号接收时系统的反应来进行标定测量校准。接收信号并计算出协方差矩阵然后进行特征值分解是常见的解决思路。单元故障和误差会在很大程度上影响到相控阵天线的性能。而增加有源部件则会故障率变高，加上移相器和传输线造成的公差以及机械变形会使辐射方向图发生畸变。因此，为了使天线的性能得以还原，我们通常需要对其进行测量和标定校准，从而找到生成误差故障的地方进行补偿或者替换[1]。辐射参数是评价相控阵的测量天线性能的重要指标而另一方面，标定校准则是通过逐个测量或是某种方法来计算每个单位的激励， 然后根据理论值进行补偿，测量和校准在相控阵天线的测试中都有重要地位[2]。一般情况下，测试场我们可以分成远场、中场和近场。远场测量可相对方便地得到导向图，这种方法的测试条件已经完善。但远程测量的要求比较高而且它不能配相扫描，这就使得它在实际运用中没有其他方法那么实用，因此现在已经被慢慢弃置。天线阵列近场扫描需要天线接头、 信号暗室、支架和运动装置一系列测定系统装置，有相对较高的精确性但操作较为复杂[3]。几十年之后，REV（旋转电矢量法）、互耦校准和换相测量法等新方法得到快速发展， 人们还将编码理论进行改进并且将其应用在这个领域从而增加了这些算法的可行性，大大改进了近场扫描技术的实用性和准确性，在实际工程应用和各方面领域取得了十分广泛的运用，并且效率和精度也被人们所认可[4-5]。随着数字化通信的迅猛发展，当代的信号处理技术已经被越来越广泛的应用并一直在发展中，而它的一个应用面十分广泛的方面就是阵列信号处理，它在信号通讯、雷达扫描、太空探索、深海探测、气象预报、地质研究以及生物学等技术方面都有很大作用。因此越来越多的学者专家对阵列信号处理展开深入研究，并将其应用到生活的各个方面，造福社会。阵列信号处理在不断被发展创新，并且由开始时的时域或者频域处理逐渐被改进成当今应用更为广泛的空域信号处理。一般意义上，我们在一定的空间里遵循某种顺序通过一个个天线元搭建成一个阵列天线，随后对用这种阵列接收到的信号进行数学分析处理[6]。通过一系列阵列专业技巧剔除不需要的信息从而获得我们想得到的空间参数。其中的方法有通过放大器加强信号的信干噪比及功率，或者通过各种手段来降低噪声和干扰的影响，提高信号的有用程度和精度来提高系统效率[7]。
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