發(fā)布時(shí)間：2020-10-09 12:20

　　 對(duì)于稀疏陣列的研究,長(zhǎng)期以來(lái)受到了業(yè)內(nèi)廣泛的關(guān)注。原因在于:稀疏天線(xiàn)陣列以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、成本低、饋電網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),在衛(wèi)星通信、雷達(dá)、射電天文和微波遙感等領(lǐng)域的應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。本文討論的陣列優(yōu)化技術(shù)主要是指在給定參考陣列期望方向圖的前提下,提出一種基于稀疏信號(hào)重建理論的陣列綜合方法。經(jīng)過(guò)將陣列綜合問(wèn)題等效為求解一個(gè)約束欠定方程組的問(wèn)題,利用FOCUSS算法通過(guò)迭代求解出該類(lèi)問(wèn)題的最大稀疏解,該解即為稀疏陣列天線(xiàn)的位置和激勵(lì)幅度。本文主要以FOCUSS綜合方法為基礎(chǔ)對(duì)稀疏陣列天線(xiàn)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),主要的工作和創(chuàng)新點(diǎn)概括為以下的幾個(gè)方面:1、通過(guò)對(duì)壓縮感知(CS)算法在圖像與信號(hào)領(lǐng)域應(yīng)用的了解,發(fā)掘出其與稀疏陣列之間的關(guān)系,提出了稀疏直線(xiàn)陣和平面陣的FOCUSS綜合方法。該方法通過(guò)對(duì)給定的均勻陣列口徑進(jìn)行離散得到一個(gè)過(guò)采樣虛擬均勻陣列,利用壓縮感知(CS)理論,將上述非線(xiàn)性陣列綜合問(wèn)題等效為一個(gè)稀疏信號(hào)重建問(wèn)題。通過(guò)FOCUSS算法可求得該問(wèn)題的最大最優(yōu)的稀疏解。該算法對(duì)于直線(xiàn)陣和平面陣的稀疏有著較好的效果。此外,提出一種二次網(wǎng)格策略的EPCS-FOCUSS算法用于稀疏平面陣列,該算法性能較FOCUSS算法更優(yōu)。2、針對(duì)多波束陣列天線(xiàn)稀疏綜合,即用一個(gè)稀疏陣實(shí)現(xiàn)多個(gè)波束掃描。提出了基于多測(cè)量向量協(xié)同稀疏重建(MMVCSR)的多波束方向圖稀疏陣列綜合。通過(guò)壓縮感知過(guò)程構(gòu)建多波束方向圖稀疏重建問(wèn)題,再通過(guò)多測(cè)量向量欠定系統(tǒng)局灶解法(M-FOCUSS)求解該問(wèn)題的最大最優(yōu)稀疏解得到陣元激勵(lì)幅度和位置,從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)波束方向圖的重構(gòu)。仿真結(jié)果及分析驗(yàn)證了算法的準(zhǔn)確性。3、提出了一種基于多塊感知矩陣欠定系統(tǒng)局灶解法(MSM-FOCUSS)的寬頻帶稀疏陣列綜合,該算法得益于M-FOCUSS綜合理論,從多測(cè)量向量(MMV)的場(chǎng)景拓展到多感知矩陣(MSM)的場(chǎng)景,可以實(shí)現(xiàn)在一個(gè)稀疏口徑內(nèi)的多個(gè)頻點(diǎn)的稀疏陣列綜合,即寬頻帶陣列天線(xiàn)綜合。除此之外,將兩種算法進(jìn)行結(jié)合形成的MSM-M-FOCUSS新方法可以用于寬頻帶多波束的稀疏陣列方向圖綜合。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN820
【部分圖文】：

果作了對(duì)比分析。在后續(xù)的仿真實(shí)例中，為了描述綜合稀疏陣列方向圖的逼近程度，在逡逑此定義匹配誤差ｓ為：逡逑＝ｆ＾｜Ｆ＾邋（ｕ）－￥（ｕ）＼２ｄｕ邐（２．２．８）逡逑其中，ｚ／邋＝邋ｓｉｎ６＊。本節(jié)仿真實(shí)驗(yàn)算例均在ＣＰＵ邋１．８６邋ＧＨｚ，邋３ＧＢ邋ＲＡＭ，邋Ｍａｔｌａｂ邋２０１２ａ仿真逡逑平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。逡逑仿真算例１：綜合－２０ｄＢ等副瓣切比雪夫方向圖逡逑首先，綜合一個(gè)稀疏陣列，使其以可能少的陣元數(shù)目實(shí)現(xiàn)切比雪夫加權(quán)均勻陣方向逡逑圖。給定期望的陣列方向圖為－２０ｄＢ等副瓣電平的切比雪夫方向圖，相鄰陣元間距為逡逑０．５２，均勻滿(mǎn)陣陣元數(shù)目７Ｖ邋＝邋２０，陣列口徑Ｄ邋＝邋９．５２。利用本文所提算法綜合稀疏陣列逡逑來(lái)重建期望的切比雪夫方向圖，對(duì)期望方向圖進(jìn)行空間采樣得到參考方向圖采樣值Ｆｒｅ／，逡逑采樣點(diǎn)數(shù)為７邋＝邋３７。一般以步長(zhǎng)Ａｄ邋＝邋０．００５１均勻離散陣列口徑Ｄ，由此可以確定虛擬逡逑陣列陣元個(gè)數(shù)Ｍ，也即稀疏激勵(lì)長(zhǎng)度。圖２．２為期望方向圖和利用本文方法得到的陣列逡逑重構(gòu)方向圖對(duì)比，可見(jiàn)二者擬合得很好。圖２．３為二者的陣元位置和歸一化激勵(lì)幅度對(duì)逡逑比，易得運(yùn)用本節(jié)ＦＯＣ．ＵＳＳ綜合方法僅需要１３個(gè)陣元就可以得到和２０個(gè)等間距排布的逡逑陣元相同的方向圖，稀疏率達(dá)到３５％，匹配誤差為￡邋＝邋１．９ｘ１０＾。耗時(shí)４．１２秒。逡逑

參考期望方向圖為由＾邋＝邋１６個(gè)間距為半波長(zhǎng)的無(wú)方向性點(diǎn)源構(gòu)成的余割逡逑平方方向圖，設(shè)以步長(zhǎng)／Ｗ邋＝邋０．０Ｕ離散得到虛擬陣列，即虛擬陣元的間距為ＡＪ，對(duì)期望逡逑方向圖的空間采樣間隔為５°邋（即／邋＝邋６１）。圖２．４給出了滿(mǎn)陣期望方向圖與稀疏陣列重逡逑構(gòu)方向圖的對(duì)比，結(jié)果表明，在偏離主瓣的區(qū)域存在一定誤差，匹配誤差為６邋＝邋９．５ｘ１０４逡逑但是需要指出的是ＦＯＣＵＳＳ綜合算法只需要１３個(gè)陣元。圖２．５給出了稀疏之后陣元位逡逑置與滿(mǎn)陣時(shí)陣元位置的對(duì)比圖。稀疏前后陣元位置和激勵(lì)幅度和相位如表２．１所示。耗逡逑時(shí)３．１４秒。逡逑期望方向重構(gòu)方向圖對(duì)比逡逑Ｆ邐１６陣元期望方向圖逡逑，邐＼邐？邐１３陣元重構(gòu)方向圖逡逑°邋＼逡逑／邋？？邐°－５邋邐逡逑－２０邋ｉｋ邋＾邐Ａ邋Ａ邐，邋期望均句線(xiàn)陣逡逑！邐Ｉ邋ａＡＡＡ／邐卜一一逡逑Ｓ－３0－ｆ＿邐�？：？？？？：这�

本文編號(hào)：2833683