数字化相控阵天线测试方法及测试系统设计

伴随着雷达技术的飞速发展,数字化相控阵天线开始广泛运用于各种相控阵雷达当中。由于数字化相控阵天线的工作原理与传统模拟相控阵天线差异极大,测试方法也发生了根本性的改变,原有的基于普通微波仪表的天线测试系统无法再对数字化相控阵天线进行测试,必须设计新型的数字化相控阵天线测试系统。本文首先介绍了数字化相控阵天线自身的工作原理和测试方法,随后提出了新型数字化相控阵天线测试系统的具体软硬件设计方案,实际应用表明数字化相控阵天线测试系统可以满足各种数字化相控阵天线的测试要求。     

基于CPCI总线的雷达导引头测试系统设计与实现

雷达导引头是空空导弹的核心部件,实现导弹探测、制导和控制等功能,其性能的优劣直接影响着导弹跟踪和截获目标的准确率。为了全面测试空空导弹雷达导引头,设计开发了一种基于CPCI总线的雷达导引头测试系统,并完成了软硬件设计。硬件部分完成了调理电路的设计、外设的搭建以及硬件电路方面的可靠性设计;软件部分协调控制雷达导引头、角位置模拟器、回波模拟器和转台,通过部件之间数据流的传输,完成了各个模块的测试功能。该系统能够真实模拟雷达导引头的工作环境,设置导引头参数,接收处理导引头发回的信息,进而测试雷达导引头的精度、灵敏度、可靠性等指标。实际应用表明,该系统工作性能良好,可靠性高,能够长期稳定运行,达到了设计要求。     

基于PXI总线和SCPI程控的某型雷达通频带测试系统设计

文章主要研究了基于PXI总线和SCPI命令的雷达通频带测试系统,该测试系统由虚拟仪器库、性能测试模块、仪器程控模块、性能测试流程管理模块、测试结果分析模块5个部分组成;文章详细描述了测试系统的软硬件组成,并对测试的数据进行处理分析,提出了改进雷达通频带测试结果的具体算法,该算法能有效的滤除测试结果中的飞点,在对中心频率为28.5MHz、通频带为1.5MHz的雷达通频带性能测试中取得理想效果;基于本系统,能实现雷达通频带性能测试的自动化,降低对操作人员的依赖程度,并能极大地减少测试时间、提高测试的精度。     

某型激光导引头光电系统建模与测试方法研究

建立了激光导引头跟踪回路的数学模型,根据实际情况设计了仿真系统环境,提出了一个易于实现的可靠的激光导引头静态测试和动态测试的仿真系统方案以及在全弹道仿真条件下验证导引头数学模型准确度的仿真方案。目前该系统已经成功应用于某型激光制导武器的半实物仿真。     

车轮轮辋缺陷的超声相控阵检测系统研究*

针对火车车轮检测中常规超声波探伤存在的检测灵敏度低、声束灵活性差、信噪比低等问题,研究了超声相控阵在火车车轮轮辋检测中的应用。本文介绍了超声相控阵检测技术的原理,并从超声相控阵换能器、硬件系统和软件系统三个方面阐述了火车车轮轮辋缺陷的超声相控阵检测系统的研究过程。最后通过人工模拟缺陷的相控阵检测实验,测试了该检测系统的性能,验证了相控阵检测设备具有灵敏度高、声束可控性好和可靠性高等优点。     

超声相控阵系统中基于FPGA的PCIe总线数据传输研究*

针对超声相控阵系统的高速传输需求,本文提出了一种基于FPGA的PCIe总线传输方案。实现了基于PCIe总线的相控阵数据DMA(直接存储器读写)上传、控制命令下传、发送数据缓存及驱动和上位机测试程序设计。通过实验测试了PCIe总线的DMA传输速率,可达6.5Gbit/s,并成功将该方案应用于64通道超声相控阵检测系统中,实现了超声相控阵系统的PCIe总线数据传输。     

相控阵测量雷达扫描特性及误差补偿方法研究

本文基于相控阵雷达波束扫描原理,分析了在扫描及跟踪状态下波束展宽对天线增益和测角精度的影响,提出了扫描跟踪角度误差补偿方法,提高相控阵雷达测量精度。     

有源相控阵雷达状态监测与健康管理技术

状态监测和健康管理技术作为新一代测试与诊断技术,是装备自主式保障的核心系统之一,在保障武器装备战备完好性,提高作战效能,降低全寿命周期费用等方面具有重要作用;从有源相控阵雷达的状态监测与健康管理入手,构建了分层式健康管理系统框架,以作用距离和副瓣电平等指标进行信息融合和健康评估,实现了有源相控阵雷达的状态监测和健康管理。     

啁啾光纤光栅延迟线在光控相控阵雷达中的应用研究

介绍了啁啾光纤光栅延迟线在光控相控阵雷达中的两种应用系统及其工作原理，即基于单波长激光器和多个可调啁啾光纤光栅延迟线的系统以及基于多波长激光器和一个可调啁啾光纤光栅延迟线的系统。介绍了这两种系统的光控相控阵雷达扫描角要实现连续变化时，啁啾光纤光栅延迟线的调谐原理。分析结果表明，若啁啾光纤光栅的长度长而反射谱窄，则啁啾光纤光栅较小的调谐量就能使光控相控阵雷达天线实现较大的扫描范围。     

相控阵雷达的关键技术与物理学的波动知识

应用波的相干原理分析了相控阵雷达的工作原理.以波的形成、波的发射和回波的接收等三个环节为主线,简要地介绍了由固态技术、光电子技术、计算机技术和信号处理技术所形成的相控阵雷达关键技术的背景、现状,并展望了相控阵雷达关键技术的未来.     

红外成像寻的器技术研究

为提高精确制导系统中红外寻的器的光电对抗能力，利用玫瑰扫描技术实现了光学系统成像探测。该项技术研究的关键是线阵列探测器和卡氏光学系统的设计。通过引入计算机图像帧处理，实现了目标的解算。在介绍技术方案的同时，对关键技术进行了分析，原理样机已在实验室调试完成。导引头的测试数据和仿真试验结果表明：导引头抗红外诱饵干扰能力大大提高，该技术研究方案是可行的，可用于便携式防空和舰载末端防空等精确制导武器中。     

楔块中脉冲声场及相控阵成像自检研究

相控阵横波检测必须在换能器前方加上楔块,对于楔块中的声场进行研究具有重要意义。本文通过数值计算和物理实验研究了超声相控阵楔块中的脉冲声场,分析并解释了超声相控阵系统自检成像过程中各种波形的产生机理和转换过程。首先从固体中超声传播理论出发,采用时域有限差分方法对相控阵楔块中各阵元独立发射条件下的脉冲声场进行仿真计算,给出了超声脉冲在楔块中的传播过程;然后开展了对应边界条件下相控阵楔块的B模式成像实验。数值模拟和物理实验的结果基本一致。本文的研究初步展示了楔块中的脉冲声场,其结果可为超声相控阵系统自检和楔块设计提供参考。     

焊缝结构中超声相控阵聚焦声场的数值模拟及分析*

针对焊缝内相控阵声场聚焦问题,建立焊缝结构中多高斯声束法的相控阵声场计算模型,分别用直接聚焦和底面反射聚焦两种方式对焊缝内部的相控阵声场进行数值模拟,分析不同方式下的相控阵聚焦声场特性,讨论不同区域适用的聚焦方式,分析了界面倾斜角度对聚焦效果的影响。结果表明,在相同焊缝结构条件下直接聚焦的方式更适合对厚壁焊缝的中下部进行聚焦扫描,在焊缝上表面附近,当声束偏转角大于80°时,直接聚焦方式无法有效聚焦;反射聚焦的方式更适合对焊缝上表面附近区域进行聚焦扫描,随着焦点深度增加,反射聚焦的声束偏转角增大,当声束偏转角大于55°时,反射聚焦无法形成明显焦点;两种聚焦扫描方式可形成有效的互补。当设置的焦点固定时,直接聚焦的实际焦点随界面倾斜角度增大向预设点远处偏移,而反射聚焦的效果基本不受倾斜角的影响,实际焦点始终在预设焦点附近。     

Radiation Acoustic Field of a Linear Phased Array on a Cylindrical Surface

A new linear ultrasonic phased array fixed on a cylindrical surface is designed. This kind of the cylindrical phased array can meet the specific requirements of the application in testing pipe quality inside pipes. Using the transducer, we can not only avoid mechanical rotating but also test the quality of any point in a pipe by ultrasonic phase array technology. The focused acoustic field distributions in the axial, radial and tangential directions of the transducer are investigated theoretically by numerical simulation. The energy flux density, the width of the main lobe, the imaging resolution, the grating lobe elimination and other characteristics are analysed. The effect of the focal distance, effective aperture, transducer radius, number of total element, and steering angle on the acoustic field distribution is also studied.thoroughly. Many important results are obtained.     

改进的CS-UKF加速度方差自适应跟踪算法

针对基于当前统计模型的状态噪声协方差阵中的加速度方差调整方法对一般机动目标、非机动目标跟踪精度差的问题,研究其改进方法;在建立机动目标当前统计模型离散状态方程和雷达导引头离散观测方程的基础上;利用雷达导引头测量信息和位置预测值之间的扰动对加速度方差进行调整,提出了改进的加速度方差自适应调整无迹卡尔曼滤波跟踪算法;数字仿真验证了该算法对非机动目标、一般机动目标以及高机动目标均具有良好的跟踪效果。     

经颅超声聚焦方法和声场特性研究

基于高分辨的CT数据建立了非均匀颅骨仿真模型,该模型引入了颅骨的声衰减系数,深入研究和分析了声波时间反转法和超声相控阵法在颅脑中的聚焦方法及效果。颅骨具有较强的声波衰减特性,使用时间反转聚焦时需要进行幅度补偿,对于0.7MHz的频率信号,幅度补偿后的时间反转聚焦声场主瓣宽度窄、旁瓣低,焦点处声场比无幅度补偿的时间反转法提高8.86dB,比超声相控阵聚焦法提高7.89dB,具有很好的空间聚焦精度和聚焦效率。研究了颅骨衰减系数、声场焦点位置、声波频率、换能器阵列位置和方位等参数对聚焦声场的影响,结果表明,幅度补偿时间反转法比相控阵法具有更低的旁瓣,且高频时的聚焦效果比相控阵好,相控阵聚焦对换能器阵列的位置和方位比较敏感,而时间反转经颅超声聚焦对声传播路径和入射角具有更高的鲁棒性。      

基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法*

超声相控阵是超声检测领域常用的材料缺陷定位和成像技术,可便捷快速地对裂纹、孔洞等缺陷进行成像。但是,传统超声相控阵方法对较小缺陷如闭合裂纹不太敏感。非线性超声信号因对材料性能退化以及微小缺陷敏感而广受关注。本文针对疲劳闭合裂纹检测,提出一种基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法,通过测量物理聚焦和虚拟聚焦两种聚焦模式下超声扩散场中的声能差,并将其作为非线性参量,实现疲劳裂纹闭合部分的定位成像和定量表征。将该法应用于7075铝合金试样疲劳裂纹的实验测量,并研究了扩散场信号延迟时间对非线性超声相控阵成像结果的影响。结果表明：相较于传统超声相控阵全聚焦法,基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法能够更准确地定位和成像疲劳裂纹闭合部分;延迟时间的选择对疲劳裂纹长度的表征精度影响较大,本文研究了该延迟时间的选择方法并实现了检测结果的优化。