四维天线阵的雷达应用基础研究

将时间变量引入到具有空间三维变化的常规天线阵中构成的四维天线阵，可将空间阵元的幅度和相位加权通过时间加权的方式实现，从而增加了天线阵的设计自由度，使得四维天线阵相对于常规天线阵具有更多的设计优势。本项目将在已有的研究基础上进一步研究四维天线面阵的辐射与接收特性，实现多种波束综合功能。同时，本项目还将结合脉冲多普勒雷达、单脉冲雷达、脉冲压缩雷达等具体雷达工作体制，着重开展基于四维天线阵的雷达应用基础研究，包括四维天线阵对各种主要雷达系统需要提出的兼容性要求，并提出适合具体雷达体制的工作时序，以促使四维天线阵早日工程实用化。本项目的研究不仅能给天线设计人员提供四维天线阵设计的理论基础与应用前景，而且也为雷达系统设计人员提供新的阵列天线备选形式及其系统兼容的理论依据。

本项目主要针对四维天线阵在雷达应用领域的若干基础问题开展了较为深入的研究工作，包括四维天线阵面阵、共形阵的阵列优化设计、互耦补偿、基于四维天线阵的单脉冲雷达测向、四维天线阵的阵列信号处理等方面。共发表期刊论文20篇（均为EI收录），其中19篇为SCI收录，且有5篇发表在本领域顶级刊物IEEE系列刊物上；发表会议论文11篇，其中6篇为EI检索；申请国家发明专利3项；作特邀报告2次。圆满完成了项目的各项预期目标。主要研究成果简介如下：.在基于四维天线阵的单脉冲雷达测向研究方面，1）提出了一种基于双向相位中心移动模型的四维天线阵线阵单脉冲雷达系统，其新颖性在于，接收一个目标回波能得到两个高频角误差信号，在相同时间内获得的目标测角精度更高。2）基于四维天线阵中多个边带上综合不同指向的和差波束技术，提出了一种基于四维天线阵的单脉冲雷达测向技术，该技术相对常规单脉冲雷达技术，空间测角范围成倍增加；3）搭建了一套四维天线阵单脉冲雷达测向系统，实现了±50°宽角范围单脉冲测向。.在四维天线阵的信号处理研究方面， 1）利用四维天线阵中实现同时多波束的性质，实现了四维天线阵中信源个数的估计和远场信号来波方向的估计，其性能优于常规天线阵；2）基于四维天线阵的时间调制作用，提出了一种新颖的相位加权技术，通过合理设计时间调制参数，可以在不采用移相器的情况下实现波束的电扫描和自适应波束形成，该技术可以极大地降低天线阵馈电系统的复杂度，从而降低了天线阵成本。.在四维天线阵的阵列优化设计和互耦补偿研究方面，1）研究了四维天线平面阵的方向图高效综合技术；2）提出了新的开关调制时序，解决了四维天线阵的边带辐射电平过高的问题；3）开展了四维天线共形阵的研究，包括球面共形阵和柱面共形阵等；4）开展了四维天线阵的全波分析与互耦补偿研究。.在四维天线阵的实验样机研制方面，1）研制出了一套宽带低交叉极化的双层印刷偶极子阵列天线，带宽达75%，交叉极化低于-30dB；2）搭建了一套16单元四维天线线阵实验样机，并在等幅度等相位激励条件下，通过时间调制技术实现了-30dB的低副瓣；3）设计了一种宽带共形微带天线单元，并搭建了一套16单元柱面共形阵实验样机，在等幅度激励条件下实现了-20dB的较低副瓣。