具有极化测量能力的相控阵雷达始终是世界强国用于导弹防御、空间监视等战略领域的尖端精密雷达,是军用雷达技术竞争的战略制高点。近年来,我国在防空反导、空间监视、精确制导、微波遥感和气象观测等领域越来越多地出现了极化相控阵雷达,部分系统已成为雷达行业标杆。然而,随着极化相控阵雷达在各领域的应用持续深化,目标极化信息测量精度与实际应用需求之间的矛盾日益突出,尤其是在宽带宽角扫描下实现高精度极化测量的迫切需求使得矛盾更加尖锐。相控阵雷达天线的方向图特性和极化特性随着波束扫描而变化,且交叉极化水平随着扫描角度的增大而显著恶化,加之极化固有的频率敏感性,以上因素长期困扰着相控阵雷达极化测量精度的提升,给宽带宽角扫描相控阵雷达极化精确控制带来三大挑战:一是宽带宽角扫描相控阵雷达的极化测量误差校正矩阵选取难题;二是极化测量误差校正中逐个波位进行天线方向图测量存在的周期长、成本高等问题;三是极化相控阵雷达波束扫描带来的交叉极化隔离度严重恶化及其随波位各异性问题。针对上述挑战,论文对宽带极化测量误差校正、波位优选下天线方向图重构、极化状态配置技术三个关键问题展开了深入研究,并利用全极化阵列天线的暗室测试数据对论文提出的理论和方法进行了验证。论文取得的研究成果包括以下几个方面:1.宽带宽角扫描相控阵雷达天线频率响应及校正。实现极化精密测量的前提是要揭示各类非理想性因素引起的极化测量误差,并进行误差校正。针对宽带宽角扫描相控阵雷达频率响应带来的极化测量误差校正矩阵选取难题,提出了迭代频带划分方法,突破了校正矩阵选取这一关键技术。传统方法中单个校正矩阵对频率响应引起的极化测量误差进行校正,已无法满足极化测量精度要求,同时逐个频点进行校正不切实际。以1700 MHz的带宽和45?的扫描范围为例,利用传统方法校正后,差分反射率误差(?ZDR)和线性去极化比误差（?LDR）分别为0.71 d B和-6.22 d B;采用论文提出的方法校正后,仅用3个校正矩阵即可将?ZDR和?LDR分别下降到0.07 d B和-41.52 d B,本方法所需频点个数仅为传统方法的17.65%。仿真结果表明,所提方法显著降低了校正复杂度,明显提高了极化测量精度。首先,从宽带相控阵天线的极化特性出发,建立了极化测量与天线频率响应之间的模型,研究了经过天线发射和接收后信号的失真导致的极化测量误差。其次,通过该方法的子频带划分和频点非均匀选取,在保证极化测量精度的前提下,用最少的校正矩阵实现了宽带宽角扫描时的极化测量误差校正。最后,利用?ZDR和?LDR两个极化变量衡量了误差校正效果,并基于天线仿真数据验证了该方法在不同带宽和波束扫描角度下的性能。该方法有效降低了宽带宽角扫描相控阵雷达的极化测量误差,为实现宽带极化精密测量提供了新思路。2.宽角扫描相控阵雷达波位优选下天线方向图重构。相控阵雷达体制下的极化测量误差校正更为复杂,尤其是面对宽角扫描条件下存在的大量波位。针对极化测量误差校正中逐个波位完成天线方向图测量存在的周期长、成本高等问题,提出了相控阵雷达波位优选下的天线方向图重构方法。与传统相控阵雷达天线方向图测量方法相比,该方法通过分析波位分布特点并优化波位排布,用部分波位即可达到对整个扫描空域的有效覆盖效果,不再需要逐个波位进行天线方向图测量。在保证天线方向图精度的情况下,该方法可以将所需波位数量减少35%,有效降低了天线方向图测量的复杂度。首先,在考虑天线阵元互耦及边缘效应等非理想因素的影响下实现了天线方向图重构,在宽角扫描范围内均得到了较低的主极化方向图误差（≤0.02 d B）和交叉极化方向图误差（≤0.30 d B）。其次,进一步分析了天线方向图重构方法在极化测量误差校正中的性能。通过天线方向图的重构,得到其他波位对应的投影矩阵,从而修正了用于极化测量误差校正的校正矩阵。最后,通过仿真微带贴片阵列天线验证了天线方向图重构方法在降低波位数上的有效性,同时验证了该方法在极化测量误差校正中的可行性,从而为相控阵雷达宽角扫描范围内的快速误差校正提供了新的解决方案。3.宽角扫描相控阵雷达极化状态配置技术。极化校正技术并未从本质上消除误差源,如交叉极化耦合、交叉极化隔离度恶化等问题。针对宽角扫描相控阵雷达波束扫描时带来的交叉极化隔离度严重恶化及其随波位各异性问题,同时结合极化精密测量应用对交叉极化隔离度提出的更高需求,提出了极化状态配置方法。与传统的固定极化状态相比,在要求更为严苛的同时全极化测量体制下,在宽角扫描时交叉极化隔离度可提高2-3个数量级,将能够满足极化精密测量的有效波束扫描范围从近0?提高到约±60?;同时,交叉极化隔离度在不同波位下较为稳定,不会随着波束扫描而出现恶化现象。首先,基于交叉偶极子天线推导了极化状态配置过程,将其建模为关于两个极化端口间幅度比和相位差的多变量有约束非线性规划问题。针对该非凸问题,提出了改进型最速下降法,求解出两个极化端口的激励参数。其次,为进一步降低天线硬件实现成本和极化状态配置复杂度,提出了一种基于三馈点微带贴片天线的极化状态配置方法。最后,基于交叉偶极子天线和三馈点微带贴片天线两种天线仿真数据,将极化状态配置方法应用于极化相控阵天线方向图综合、极化散射矩阵测量,并分析了幅相控制精度对极化状态配置性能的影响。通过理论分析和仿真验证,定量地给出了该方法在提高相控阵雷达交叉极化隔离度上的显著优势,以及在提高极化测量精度上的有效性。该方法通过精确控制每个波位下的极化状态,从而为在宽角扫描范围内提高交叉极化隔离度提供了新思路。4.宽带宽角扫描相控阵雷达极化状态配置技术。鉴于极化的频率敏感性,宽带条件下的极化状态配置需要重新设计才能满足要求。针对宽带宽角扫描相控阵雷达在方向图综合中存在的方向图畸变和交叉极化隔离度恶化问题,提出了宽带极化状态配置方法,突破了传统的宽带阵列方向图综合方法对优化算法的依赖。在带宽为1 GHz、波束扫描范围为±50?的情况下,该方法能够将交叉极化隔离度提高到40 d B以上。该方法基于FIR数字滤波器建立了配置极化状态下的宽带阵列方向图综合模型,在实现了主极化和交叉极化隔离的同时,将各个频点下的极化方向图综合误差控制在较低范围内。仿真结果表明,宽带极化状态配置技术能够将交叉极化隔离度在宽角扫描范围内保持在较高水平,FIR数字滤波器能够有效降低主极化方向图和交叉极化方向图的色散效应,包括波束角度偏移和主瓣展宽等问题,能够满足相控阵雷达应用指标需求。5.极化阵列天线设计、测试与技术验证。为了验证所提天线方向图重构方法和极化状态配置方法在实际应用中的性能,论文设计了双极化阵元天线和极化阵列天线,并在暗室内测试了两种天线的辐射特性。基于天线实测方向图数据,重构了其他波束指向下的极化阵列天线方向图,分析了天线方向图重构误差。同时,重新构建完善了极化状态配置模型,并以交叉极化隔离度为目标优化了极化阵列天线中各阵元极化端口的配置参数。在此基础上,从阵元天线极化控制和阵列天线极化方向图综合等方面验证了极化状态配置的实际性能。结果表明,极化状态配置方法有效提高了实际极化阵列天线的交叉极化隔离度,能够满足极化精密测量指标要求,从而为下一步搭建完整的极化相控阵雷达系统打下了坚实基础。