本文關(guān)鍵詞：稀布陣列方向圖綜合優(yōu)化算法研究

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【摘要】：在需要有窄的波束寬度而不需要高的增益等應用中,將天線陣元稀疏地布置是一種有效且經(jīng)濟的方法,由于天線陣元在固定陣列孔徑范圍內(nèi)稀疏地布置,此時陣列方向圖波束寬度基本不變,陣元間互耦減弱,系統(tǒng)成本和故障率降低,這些優(yōu)點使得稀布天線陣列在雷達、電子對抗、聲吶、無線通信和射電天文學都有著廣泛的應用。方向圖綜合技術(shù)通過優(yōu)化天線陣元位置、激勵和相位來逼近給定的期望方向圖,天線綜合是天線分析的逆問題。本論文主要圍繞稀布陣列、稀疏陣列總結(jié)了一些常規(guī)的陣列方向圖綜合方法并發(fā)展了一些新的方法,研究了大型線陣、大型平面陣列的方向圖綜合方法,并將稀布陣列、稀疏陣列方向圖綜合方法集成到一款相控陣天線綜合軟件中。本文的主要工作如下:本文首先介紹了平面陣包括矩形柵格平面陣、同心圓環(huán)陣,和共形陣的陣列方向圖原理,將改進的遺傳算法應用到在小型稀疏線陣和小型稀布線陣方向圖優(yōu)化中,提出了在限定陣列孔徑條件下,優(yōu)化陣元位置和陣元激勵的稀疏線陣、稀布線陣優(yōu)化布陣數(shù)學模型,該布陣模型可用于推廣到二維平面稀布陣列布陣模型中。本文研究了基于自適應參數(shù)控制和進化狀態(tài)更新的自適應粒子群算法,自適應粒子群算法使用系統(tǒng)性的參數(shù)自適應更新策略和精英學習策略,與經(jīng)典粒子群算法相比,自適應粒子群算法具有更高效的搜索效率。研究了將自適應粒子群算法用于降低稀布線陣峰值旁瓣電平的陣元位置和陣元激勵優(yōu)化中,得到比遺傳算法較好的結(jié)果并將該方法推廣到二維稀布陣列的方向圖綜合中。本文還研究了大型線性陣列和大型稀布平面陣列以及大型同心圓環(huán)陣列方向圖綜合問題。由于凸優(yōu)化算法CVX和全局優(yōu)化算法對于大型陣列無法求解或者求解精度不高,我們應用非均勻傅里葉變換(None Uniform Fast Fourier Transform,NUFFT)算法研究了一種非均勻陣列方向圖快速綜合方法,該算法的核心思想是通過將非均勻陣列插值為虛擬均勻陣列,然后用循環(huán)快速傅立葉變換FFT算法計算天線陣元激勵。本文對大型線陣、大型面陣、大型同心圓環(huán)陣列采用NUFFT算法進行快速方向圖綜合,相關(guān)仿真結(jié)果表明大型非均勻陣列方向圖快速綜合方法能夠很好地應用到衛(wèi)星通訊、天文學等應用中。本文最后基于MATLAB開發(fā)相控陣天線方向圖綜合仿真軟件平臺,提出軟件的總體設計思路和設計流程,介紹了軟件基本功能模塊和參數(shù)設置,采用遺傳算法、粒子群算法、凸優(yōu)化算法、循環(huán)快速傅里葉變換(FFT)和非均勻傅里葉變換(NUFFT)等算法,最后對均勻陣列、稀布陣列、稀疏陣列的各個算例進行了仿真與驗證,本軟件的計算結(jié)果滿足精確性和工程實用性。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN820.12
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本文編號：1224093