【摘要】：雷達(dá)的靈敏度與其天線孔徑的平方成正比。隨著雷達(dá)靈敏度的不斷提高,天線的尺寸越來越大。然而大孔徑天線不僅機(jī)動(dòng)性差難以靈活部署,而且制作和維護(hù)難度大、成本高。為此,林肯實(shí)驗(yàn)室提出了分布式相參雷達(dá)的概念,該雷達(dá)通過相參收發(fā)將多個(gè)物理上分離的子雷達(dá)等效為一個(gè)大孔徑雷達(dá),提高了雷達(dá)的靈敏度,避免了大尺寸天線帶來的問題。分布式相參雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)之一是各子雷達(dá)本振信號(hào)的高精度同步。然而,目前的同步技術(shù)難以滿足要求。因此,論文針對(duì)實(shí)現(xiàn)高精度本振同步的難題,研究了低相噪微波本振信號(hào)的產(chǎn)生和光纖穩(wěn)相傳輸技術(shù)。論文利用微波光子鑒相器從鎖模激光器中提取低相噪本振信號(hào),并結(jié)合基頻頻綜和鏡頻抑制混頻技術(shù)研制了寬帶的捷變頻低相噪信號(hào)源,然后利用共軛微波混頻技術(shù)和鎖相環(huán)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了本振信號(hào)的光纖穩(wěn)相傳輸,最終實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了四個(gè)分布式子孔徑的相參合成,可用于未來的分布式相參雷達(dá)系統(tǒng)。論文提出了基于偏振調(diào)制的微波光子鑒相方法,通過數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)研究了其鑒相特性及影響其性能的系統(tǒng)和器件參數(shù)。利用此鑒相方法構(gòu)建鎖相環(huán)將壓控振蕩器鎖定于鎖模激光器的重復(fù)頻率以產(chǎn)生穩(wěn)定的微波本振信號(hào),仿真分析了限制所產(chǎn)生微波信號(hào)相噪的因素。仿真結(jié)果表明鎖模激光器的噪聲、微波光子鑒相器的噪底和壓控振蕩器的相噪分別會(huì)限制所產(chǎn)生微波信號(hào)不同頻偏處的相噪。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了這個(gè)結(jié)論。因此,在分析鎖模激光器噪聲的基礎(chǔ)上,論文采用光纖延時(shí)線作為參考穩(wěn)定了鎖模激光器的重復(fù)頻率,大大降低了所產(chǎn)生微波信號(hào)近載頻端的相噪。所產(chǎn)生的10 GHz信號(hào)相位噪聲在10 Hz頻偏處為-80 dBc/Hz,在10 kHz頻偏處為-145 dBc/Hz,到10 MHz頻偏處時(shí)迅速滾降到-165 dBc/Hz。此外,針對(duì)雷達(dá)中常用的跳頻技術(shù)和頻率分集技術(shù)對(duì)多頻本振的需求,論文以重復(fù)頻率穩(wěn)定的鎖模激光器為基準(zhǔn)源,利用微波光子鑒相器從中提取低相噪微波信號(hào),并結(jié)合靈活的直接數(shù)字頻率合成技術(shù)和鏡頻抑制混頻技術(shù),研制了X波段的寬帶低相噪捷變頻微波信號(hào)源。該信號(hào)源的頻率切換精度和切換時(shí)間分別為135 pHz和135 ns,并且所有輸出頻率在1 kHz頻偏內(nèi)的相位噪聲相同,即在10 Hz頻偏處為-80 dBc/Hz,在1 kHz頻偏處為-125 dBc/Hz。當(dāng)在10 Hz到10MHz的區(qū)間積分時(shí),該信號(hào)源的積分時(shí)間抖動(dòng)在9.1 fs以內(nèi)。最后,提出了一種基于共軛微波混頻的光纖穩(wěn)相傳輸技術(shù),僅需要兩次微波混頻,實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了微波信號(hào)經(jīng)光纖穩(wěn)相傳輸20 km后相位抖動(dòng)在2.86?以內(nèi);并進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì),利用預(yù)失真共軛混頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)相傳輸,避免了輔助信號(hào)源的使用,實(shí)驗(yàn)中微波本振信號(hào)經(jīng)光纖穩(wěn)相傳輸20 km后相位抖動(dòng)在2.52?以內(nèi)。提出了一種基于鎖相環(huán)的光纖穩(wěn)相傳輸技術(shù),采用微波光子移相器和可調(diào)光延時(shí)線作為執(zhí)行器,實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)傳輸6 km后相位抖動(dòng)在2?以內(nèi)。利用上述技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了四個(gè)分布式子孔徑的相參合成,并保持長(zhǎng)期穩(wěn)定。
【圖文】：

第一章 緒論1.1 引言自從在二戰(zhàn)中得以應(yīng)用以來，雷達(dá)(Radar)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，性能不斷提升的同時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。一方面雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日趨精巧、緊湊，能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化大批量單片雷達(dá)硬件系統(tǒng)集成，能在近百平方厘米的面積上實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生、信號(hào)接收、信號(hào)處理、天線等功能模塊的集成。這樣成本低、尺寸小、重量輕的雷達(dá)模塊作為全天候傳感器逐漸滲透我們生活的方方面面，是社會(huì)進(jìn)入智能化時(shí)代不可或缺的硬件基礎(chǔ)。例如，毫米波雷達(dá)模塊用于汽車高級(jí)輔助駕駛可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航、緊急制動(dòng)、前向防撞等功能。另一方面雷達(dá)體系日趨龐大、功能復(fù)雜多樣，能同時(shí)執(zhí)行目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別、捕獲、跟蹤及導(dǎo)彈制導(dǎo)等多種任務(wù)[1]，是各國(guó)必不可少的國(guó)之重器以及現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)決勝千里的神兵利器。

含兩個(gè)相控天線陣列，分別位于發(fā)射樓(高 32 米)的兩斜坡面上。該相控天線陣呈直徑為 22.1米的圓形，其上分布 2677 個(gè)交叉偶極子天線，如圖 1.1 所示。類似的，還有俄羅斯“沃羅涅日-DM”型戰(zhàn)略預(yù)警雷達(dá)和中國(guó)的陸基戰(zhàn)略預(yù)警雷達(dá)(110單脈沖超遠(yuǎn)程精密跟蹤雷達(dá)和7010大型戰(zhàn)略預(yù)警相控陣?yán)走_(dá))。以上大口徑雷達(dá)系統(tǒng)監(jiān)控范圍廣，是導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的核心。但巨大的天線孔徑以及相應(yīng)的伺服控制系統(tǒng)，導(dǎo)致這些雷達(dá)系統(tǒng)復(fù)雜、體積龐大、重量大，只能固定在特定的站點(diǎn)工作，機(jī)動(dòng)性差，，難以靈活機(jī)動(dòng)部署，容易受到敵方攻擊，戰(zhàn)場(chǎng)生存能力差。大孔徑雷達(dá)機(jī)動(dòng)性差難以靈活部署、制造及維護(hù)困難且成本高等固有特點(diǎn)大大限制了大孔徑雷達(dá)的發(fā)展及應(yīng)用。為此，美國(guó)導(dǎo)彈防御局在 2003 年發(fā)起了一項(xiàng)關(guān)于高級(jí)雷達(dá)傳感器的研究，以期能夠應(yīng)對(duì)未來彈道導(dǎo)彈的威脅。多方研究機(jī)構(gòu)參與了這項(xiàng)研究，其中包括麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的多家研究實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)部門和政府軍方機(jī)構(gòu)。在此背景下，林肯實(shí)驗(yàn)室提出了分布式全相參雷達(dá)作為下一代新體制彈道導(dǎo)彈防御(BMD)雷達(dá)，以解決大孔徑雷達(dá)機(jī)動(dòng)性、成本、維護(hù)等方面的難題[4-6]。林肯實(shí)驗(yàn)室對(duì)分布式相參雷達(dá)的概念進(jìn)行了外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，取得了與預(yù)期一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[7]，驗(yàn)證了分布式相參雷達(dá)的可行性。1.2 分布式相參雷達(dá)及其關(guān)鍵技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN957.51

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2666036