弹载相控阵探测器方向图描述与实现

相控阵探测器在载弹下降阶段进行测量，通过向目标区域辐射探测信号，并截获由目标区域反射形成的回波信号，用以获取目标区域内的相关信息，为载弹提供较高精度的目标区域有效数据。以P×Q规模的方阵为例建立相控阵平面测量模型，探测模型如图4-5所示。

图4-5　相控阵探测模型

（a）弹载探测器探测示意图；（b）波束方向建模

阵元之间间隔为dx与dy，P×Q个阵元全部位于xOy平面，波束指向与弹轴方向一致。一般而言，相控阵天线阵列方向图可以表示为

式中，D（θ，φ）为相控阵天线方向性因子；F（θ，φ）为阵面因子；e（θ，φ）为阵元因子；L（θ，φ）为旁瓣抑制因子。由于相控阵探测器的阵元方向性不做要求，因此，阵元因子通常为1，有

当相控阵探测波束指向为（θ0，φ0）时，方向性因子D（θ，φ）可以表示为

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式中，θ0为波束指向与竖直方向夹角；φ0为波束偏离xOz平面角度；A为天线孔径面积；η为幅度权值；为在（θ0，φ0）时阵元失配反射系数的幅度；LΩ为波束形成网络的综合欧姆损耗，上述方向性因子的每一部分都有对应取值范围。对于阵因子而言，反映了阵元的设置对相控阵天线方向图的影响，利用远区合成电场推导获得，则当探测波束指向（θ0，φ0）时，远场可以表示为

对式（4-18）进行取模并归一化处理，阵面因子F（θ，φ）可以表示为

利用上述推导，将式（4-18）与式（4-19）代入式（4-17）中，即可获得波束指向（θ0，φ0）时的相控阵天线方向图。在实际的应用过程中，如式（4-15）所示，相控阵天线方向图可以表示为

式中，旁瓣抑制因子与构成方向图的其他因子一样，波束指向也对其造成约束。在方向图实现过程中，为避免在一定角度内出现较大的栅瓣，通常在相控阵天线阵面设置过程中满足

式中，天线贴片之间的距离需与半波长度相等。对于相控阵方向图的描述说明了相控阵天线的波束扫描流程，探测过程中利用脉冲波束对目标区域内的不同强散射点进行角度分辨，通过对单脉冲响应曲线进行自适应优化，前视探测波束自适应“聚焦”，从而实现方位向高分辨测角。