学霸的军工科研系统 第747节

　　早在几天之前，常浩南就已经开始在这里准备需要的资料了。

　　因此，当王晓模推门而入之后，第一眼便看到了好几面被公式和电路模型图填满的黑板。

　　这种情况，本来应该更适合PPT来发挥的。

　　但做PPT实在是太麻烦了。

　　交给学生做，学生又不懂。

　　总不能让侯院士给他当苦力吧？

　　于是，常浩南索性偷了个懒，把前些天讨论和计算过程中写下来的黑板全都搬了过来。

　　“这是……”

　　突然置身于一片数学符号的汪洋之中，恐怕牛顿或者高斯来了也得懵上个几秒钟。

　　不过，王晓模毕竟早有心理准备，倒是很快就恢复了过来。

　　“上次在南郑那会，我就猜到你小子的脑袋里肯定藏着东西呢……”

　　他一边找了个视野良好的位置坐下，一边半开玩笑地对常浩南说道：

　　“来吧，看看我们常总又整出来点什么新花样！”

　　看着已经摆开架势准备记笔记的王晓模，常浩南脱掉外套，紧接着松开了衬衫最上面的扣子：

　　“这还是我上个月听了你介绍之后才想到的一个新思路。”

　　他说着径直来到第一面黑板旁边：

　　“在南郑那会你和我说过，相控阵雷达在进行宽角扫描时，雷达的渡越时间和孔径效应会导致信号的瞬时带宽受限，需要采用子阵延时或者单元移相结构来改善这种问题。但是传统微波波导或者电缆线的实时延时线损耗大、色散强、频带窄、体积和总量还超标。”

　　“正好我最近在做一个激光加工的项目，就是用光纤链路取代电缆传递信号，所以就想着能不能把光纤也用在雷达上面。”

　　王晓模一只手扶着下巴，另一只手拿着圆珠笔在笔记本的封面上有节奏地敲击。

　　这是他在思考时的习惯性动作。

　　“单纯用光纤做TTD，倒是不算特别新的思路。”

　　趁着常浩南说完一句话的功夫，王晓模缓缓开口道：

　　“我知道大概10年前，美国休斯公司就尝试过这个办法，只是中间的光电转换过程实在太多，最后据说是多出来了40分贝的信号损耗，最后就不了了之了。”

　　而常浩南早就猜到了对方会提到这个案例，当即点了点头：

　　“您说的那个项目我也查到过资料。”

　　“不过，他们虽然用了光纤做TTD，但切换各延时通路的过程仍然采用了多个激光器加一个n1：n2光纤耦合器再加多个光探测器的电开关形式，每个开关结构都要多出来4*8总共32组光电转换过程，噪音大是必然的。”

　　听常浩南直接切中要害，王晓模拿着笔的手停下了动作：

　　“所以……你能解决这个问题？”

　　“当然。”

　　前者露出一个笑容：

　　“所以我想，既然都已经考虑用光纤了，那不如一条道走到底，把整个后端都做进一套光波束形成网络，最后统一用光探测器解调恢复射频或微波信号发射电磁波，这样只需要一个电-光-电转换过程，就能实现光控相控阵雷达……”

　　说到这里，常浩南回头指向身后的黑板：

　　“比如刚才说的切换各延时通路，完全可以用纯光学的方法，比如光纤布拉格反射光栅、光纤色散棱镜，或者空间光路切换，总之办法有很多，完全可以规避掉那32组光电转换……”

　　“直接用光控阵列……倒是可以规避这个损耗问题”

　　王晓模不知道什么时候已经完全坐直了身子：

　　“但那可就涉及到一套新的理论体系了……不说别的，光控阵列和电控阵列的时延模型就有很大区别。”

　　“这正好是我比较擅长的部分。”

　　常浩南此时已经兴奋了起来，大踏步地来到第二块黑板旁边：

　　“我们先用一个比较简单的一维线列阵作为例子。”

　　“假设每个子阵包含的单元数为ns=N/M，那么每个单元可以表示为ail，其中i是子阵序号，l是子阵内部的天线单元序号，实际阵列中，每个子阵配置一个可提供2^b1个时移单位的的延时单元，子阵内各单元均有一个b2位的移相器，用于完成0-2π相位范围内的移相……”

　　“对于空间内任一方向θ，任意相邻单元间的空间时间差为τ=dsinθ/c，对于工作频率f，相应相位差为φ=kdsinθ……”

　　“……”

　　当讲到这里的时候，王晓模已经把笔记本翻开到空白页，奋笔疾书地记录了起来——

　　尽管他并非理论出身，但并不难看出，常浩南这是在构建一个光控时延相控线型阵列的数学模型。

　　而只要稍微推广一下，就可以成为一个平面阵列模型。

　　“相控阵列天线不仅可以看作一个空域滤波器，还是一个传递函数随着不同空间方向而不同的时域滤波器，设输入到均匀线型阵列第一个单元的信号为s(t)=e^(jωt)，则光控相控阵列在指向方向上的传递函数为H(ω)={Msin[ns/(2c)]dsinθ0(ω-ω0)}/[sin{(1/2c)]dsinθ0(ω-ω0)}……”

　　随着讲解的逐渐进行，常浩南开始时不时在黑板上添加一些新的内容。

　　有些是当时漏掉没写上的，也有些是刚刚计算过程中新想到的。

　　而整个数学模型的架构，也随之而变得逐渐清晰起来。

　　“唰唰唰……”

　　王晓模用最快的速度记下当前这面黑板上的最后一个字符，然后停下笔。

　　从这间会议室里的黑板总数来判断，常浩南的介绍大概只进行了一半左右。

　　不过，他现在就已经能够从中看出不少有价值的信息了。

　　“也就是说，只需要确定阵列的空间时延算子向量、阵内波束指向相移向量和阵内时延算子向量三个关键值，就可以完成光控阵列的信号模型仿真？”

　　这显然比他，或者除了常浩南以外任何的预估要简单很多。

　　换句话说，即便从工程角度分析，这个用光电信号控制相位差进行扫描的思路，也是完全有潜力实现的！

第891章 多波段相控阵天线

　　“从信号处理算法的角度来说，确实是这样。”

　　常浩南后退两步，盯着黑板看了几秒钟，然后才开口回答道：

　　“但这不应该是之前就知道的……么？”

　　王晓模的这个问题，有点出乎常浩南的预料之外。

　　因为他此前并未预料到，对方，或者其它雷达工程领域研究人员所关注的重点竟然在这里。

　　“之前？”

　　王晓模转头看向刚刚已经讲过的几面黑板，语气中有些不解：

　　“可是你前面没写过跟这个模型表达式有关的内容？”

　　“不是……我说的不是这个之前。”

　　常浩南摆了摆手：

　　“我是说……在今天之前。”

　　“光控线型相控线型阵列……或者任何线型相控阵列的数学模型中包括三个向量难道不是共识？”

　　这個问题并没有得到回应。

　　但从王晓模的眼神中不难看出答案——

　　“难道是？”

　　“嘶……”

　　常浩南本以为自己只是在自变量已知的情况下推导出了一个模型表达式。

　　结果却是万丈高楼平地起……

　　如果搁在理论数学界，那他想要得到完整的过程，还得先去证明“模型中只包含三个向量”这一点才行。

　　好在工程领域倒是不太在乎这些细枝末节，只要能跟实际情况对上号就问题不大。

　　所以，在这段短暂的插曲过后，常浩南的介绍还是顺利进行了下去。

　　只不过，后面的内容，相比起来就要顺理成章得多了……

　　“雷达系统发送的脉冲信号在传播过程中会受到目标散射、传播路径等因素影响，导致回波信号的时域和频域展宽，因此，为了提高分辨率，需要对回波信号进行脉冲压缩，这一过程通常采用匹配滤波或相关信号处理在时域或频域中完成……”

　　一路边走边讲，偶尔还要在黑板上额外补充一些内容。

　　终于，在漫长的一个多小时过后，他来到了最后一面黑板的前面。

　　这个时候，王晓模的笔早已经停了下来。

　　相比于前面那部分内容，后面这一半虽然在纯计算量层面上更大，但因为没有了那么夸张的跳跃性，理解起来反而容易了不少。

　　这也让他有了更多时间来思考一些雷达工程领域的问题。

　　“……”

　　“……通过卷积由式上式可以求出阵列的脉冲压缩输出结果：s(t)在匹配匹配滤波器后输出为s'(t)=∑(n=1，N)e^(jφ){e^[j2π(f(t-(t0-τ))+u(t-(t0-τ))T)-e^(j2πf(t-(t0-τ)))]}……”

　　常浩南用手指向黑板右下角，全部算式的最末尾。

　　然后转过身，上前两步，坐回到会议桌前。

　　紧接着打开了从最开始就放在桌上，但一直没有打开的笔记本电脑：

　　“根据这个模型，我在一种典型情况下，分别对光控相控阵列和全移相相控阵列的脉冲压缩进行了数值仿真计算。”

　　他把电脑调转180°，推到王晓模面前：

　　“从这两张结果图中可以看出，全移相相控阵列的脉压最大值比光控延时阵列的最大值低4.21dB，也就是说，信噪比损失了4.21dB。”

　　“另外，子阵延时光控阵列的脉压的4dB宽度为5.12ns，旁瓣高度为-13.84dB，峰值时间位置为49.9989μs；而全移相阵列的脉压4dB宽度为7.088ns，旁瓣高度为-26.32dB峰值时间位置为49.9952μs。”

　　“所以，全移相阵列中LFM信号脉压后主瓣展宽、峰值时间位置偏离较大和损失一定的信噪比。另外，全移相相控阵的宽带LFM信号的频谱结构不再是矩形分布，这会导致脉冲压缩后的分辨率不及预期。”

　　盯着电脑屏幕上现实的归一化幅度-时间曲线，王晓模并没有马上开口。

　　毫无疑问，从常浩南得出的结果来看，光控相控阵从机理上就具有传统相控阵雷达无法企及的优势。

　　尤其是在他此前非常关注的宽角扫描领域。

　　刚才等电脑开机和打开文档的几分钟功夫，王晓模已经在笔记本上粗略计算出了几个结果。