本文關(guān)鍵詞：時間調(diào)制陣列理論與共形陣列技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 進(jìn)化算法 時間調(diào)制陣列 方向圖綜合 交替投影算法 共形陣列

【摘要】：現(xiàn)代無線通信和電子技術(shù)的飛速發(fā)展導(dǎo)致了電磁問題日益復(fù)雜,這將使得對于高效優(yōu)化技術(shù)的需求變得異常強烈。電磁問題的目標(biāo)函數(shù)通常具有非線性、不可導(dǎo)以及多極值的特點,嚴(yán)重制約了傳統(tǒng)優(yōu)化算法的應(yīng)用。作為一種全局優(yōu)化算法,進(jìn)化算法由于使用簡單方便,搜索能力強,對目標(biāo)函數(shù)限制少并且不受搜索空間的限制,因而被廣泛地應(yīng)用于各種電磁優(yōu)化問題。然而對于較為復(fù)雜的優(yōu)化問題,進(jìn)化算法的收斂速度較慢并且容易陷入局部最優(yōu)解。因此,開展高效的進(jìn)化算法研究便具有重要的理論意義和實用價值。在方向圖綜合方面,傳統(tǒng)相控陣列通常需要較高的激勵幅度動態(tài)范圍,對于陣列的饋電系統(tǒng)提出了較高的要求。然而時間調(diào)制陣列通過在傳統(tǒng)相控陣列天線引入新的自由度——時間,能夠有效簡化饋電網(wǎng)絡(luò)的同時還能實現(xiàn)精確饋電。因此探索時間調(diào)制陣列新的設(shè)計思路以及新的應(yīng)用領(lǐng)域是一項極具潛力的研究課題。共形陣列因能夠與載體表面緊密貼合而可以實現(xiàn)對載體平臺空間進(jìn)行有效利用,同時能夠最大限度地保持原有載體平臺的空氣動力學(xué)特性,并且具有較寬的波束掃描角度以及降低整體系統(tǒng)的雷達(dá)散射截面積的優(yōu)勢。其獨特的優(yōu)勢能夠有效彌補平面陣列固有的缺陷,同時滿足現(xiàn)代雷達(dá)等電子系統(tǒng)的發(fā)展需求。因而共性陣列近些年來獲得了廣泛地重視,并將在飛行器、衛(wèi)星以及艦船中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。本文主要對進(jìn)化算法,時間調(diào)制陣列以及共形陣列技術(shù)等方面展開研究,主要工作包括以下幾個方面：1.針對標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)化算法在解決復(fù)雜優(yōu)化問題時收斂速度較慢,容易陷入局部最優(yōu)解的缺點,本文提出了一種混合人工蜂群——差分進(jìn)化算法。該算法繼承了差分進(jìn)化算法較強全局尋優(yōu)能力的優(yōu)點,同時保留了人工蜂群算法在局部尋優(yōu)方面的優(yōu)勢,因而能夠極大地加快算法的收斂速度,并且避免陷入局部最優(yōu)解,從而提高了算法的整體性能。2.針對大規(guī)模時間調(diào)制陣列綜合較為困難的問題,本文提出了一種大規(guī)模時間調(diào)制陣列綜合方法。該方法首先對于中心頻率方向圖進(jìn)行初步綜合并得到初始解。然后對該初始解的幅度和相位進(jìn)行微擾優(yōu)化,以滿足中心頻率方向圖以及陣列等效激勵幅度的要求。最后對脈沖持續(xù)時間以及脈沖起始時刻進(jìn)行優(yōu)化,實現(xiàn)邊帶電平的抑制。該方法通過將原有的大規(guī)模綜合問題進(jìn)行分解,能夠極大地緩解因優(yōu)化變量規(guī)模過大而引起的優(yōu)化能力急劇下降的問題。3.在研究傳統(tǒng)時間調(diào)制陣列能在中心頻率處實現(xiàn)等效幅度加權(quán)的基礎(chǔ)上,本文提出了相位調(diào)制陣列。相位調(diào)制陣列的每個天線單元與不同的延遲線相連接,通過控制兩種延時線的工作時序,可以在相位調(diào)制陣列的中心頻率處引入可控的等效相位,從而能夠?qū)崿F(xiàn)在中心頻率處的等效相位加權(quán),并達(dá)到不使用移相器即可實現(xiàn)波束掃描的目的。該相位調(diào)制陣列具有非常簡單的陣列結(jié)構(gòu),以及廣闊的應(yīng)用前景。4.針對進(jìn)化算法綜合時間調(diào)制陣列所存在的計算速度慢,穩(wěn)定性差,優(yōu)化能力對變量規(guī)模敏感等缺點,本文提出了一種時間調(diào)制陣列快速綜合方法。該方法首先使用交替投影算法對陣列的中心頻率方向圖進(jìn)行綜合,利用所得的中心頻率陣列激勵并再次使用交替投影算法對邊帶頻率方向圖進(jìn)行綜合。最終分離出時間調(diào)制陣列的靜態(tài)激勵與動態(tài)激勵。由于使用了交替投影方法,因此該綜合方法具有極高的效率和穩(wěn)定性,并且能解決大規(guī)模時間調(diào)制陣列綜合問題。5.針對共形陣列極化方向調(diào)整的問題,本文提出了一種雙端口天線單元的極化方向控制方法。該方法根據(jù)天線單元的位置以及主波束極化方向,得到雙端口電流的相對關(guān)系,以此為基礎(chǔ),獲得兩個端口激勵的電流幅度,從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)輻射單元的表面電流的流向,達(dá)到控制單元極化方向的目的。6.針對共形陣列低副瓣方向圖綜合問題,本文提出了一種基于單峰曲面優(yōu)化的低副瓣方向圖綜合方法。該方法使用修正的伯恩斯坦多項式在陣列的口徑面上建立一簇樣條曲線,并擬合出陣列激勵幅度所需采樣的光滑單峰曲面,然后將陣列幅度的優(yōu)化轉(zhuǎn)化為由樣條曲線擬合得到的單峰曲面的優(yōu)化,從而能夠極大地降低優(yōu)化變量規(guī)模。借助于陣列單元激勵幅度的單峰特性,優(yōu)化過程能夠大為縮短。
【關(guān)鍵詞】：進(jìn)化算法 時間調(diào)制陣列 方向圖綜合 交替投影算法 共形陣列
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN820
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 符號對照表15-16
• 縮略語對照表16-20
• 第一章 緒論20-36
• 1.1 研究背景及意義20-23
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀23-32
• 1.2.1 時間調(diào)制陣列研究現(xiàn)狀23-26
• 1.2.2 進(jìn)化算法研究現(xiàn)狀26-28
• 1.2.3 共形陣列研究現(xiàn)狀28-32
• 1.3 本文主要工作及內(nèi)容安排32-36
• 1.3.1 本文的主要工作32-34
• 1.3.2 本文的內(nèi)容安排34-36
• 第二章 混合人工蜂群——差分進(jìn)化算法研究36-60
• 2.1 引言36-37
• 2.2 差分進(jìn)化算法37-41
• 2.2.1 差分進(jìn)化算法原理37-38
• 2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)差分進(jìn)化算法38-41
• 2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)差分進(jìn)化算法特性分析41
• 2.3 人工蜂群算法41-46
• 2.3.1 人工蜂群算法原理42
• 2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)人工蜂群算法42-46
• 2.3.3 標(biāo)準(zhǔn)人工蜂群算法特性分析46
• 2.4 混合人工蜂群——差分進(jìn)化算法46-50
• 2.4.1 混合人工蜂群——差分進(jìn)化算法原理47
• 2.4.2 混合人工蜂群——差分進(jìn)化算法47-50
• 2.5 混合人工蜂群——差分進(jìn)化算法數(shù)值試驗驗證50-57
• 2.5.1 Benchmark測試函數(shù)50-53
• 2.5.2 Benchmark測試函數(shù)測試結(jié)果53-57
• 2.6 混合人工蜂群——差分進(jìn)化算法性能分析57-58
• 2.7 本章小結(jié)58-60
• 第三章 時間調(diào)制陣列輻射特性與綜合技術(shù)研究60-84
• 3.1 引言60-61
• 3.2 時間調(diào)制陣列的基本結(jié)構(gòu)61-62
• 3.3 時間調(diào)制陣列輻射基本原理62-70
• 3.3.1 基于陣列口徑尺寸可變的時間調(diào)制方式63-66
• 3.3.2 基于陣列相位中心單向移動的調(diào)制方式66-67
• 3.3.3 基于陣列相位中心雙向移動的調(diào)制方式67-70
• 3.4 時間調(diào)制陣列方向性系數(shù)、效率及增益的計算70-71
• 3.5 時間調(diào)制陣列輻射特性分析71-72
• 3.6 時間調(diào)制陣列方向圖綜合72-82
• 3.6.1 低激勵幅度動態(tài)范圍波束賦形72-80
• 3.6.2 和差波束方向圖綜合80-82
• 3.7 本章小結(jié)82-84
• 第四章 相位調(diào)制陣列研究與應(yīng)用84-102
• 4.1 引言84-85
• 4.2 相控陣天線波束掃描基本原理85-86
• 4.3 基于時間調(diào)制的邊帶波束掃描86-89
• 4.3.1 邊帶頻率波束掃描基本原理86-88
• 4.3.2 邊帶頻率波束掃描實驗仿真88-89
• 4.4 相位調(diào)制陣列89-93
• 4.4.1 相位調(diào)制陣列基本結(jié)構(gòu)90
• 4.4.2 相位調(diào)制陣列工作原理90-93
• 4.5 相位調(diào)制陣列波束掃描方向圖綜合93-96
• 4.5.1 使用衰減器的低副瓣波束掃描方向圖綜合93-94
• 4.5.2 無衰減器的低副瓣波束掃描方向圖綜合94-96
• 4.6 基于子脈沖激勵的相位調(diào)制陣列方向圖綜合96-100
• 4.6.1 使用衰減器的低副瓣波束掃描方向圖綜合98-99
• 4.6.2 無衰減器的低副瓣波束掃描方向圖綜合99-100
• 4.7 本章小結(jié)100-102
• 第五章 時間調(diào)制陣列的快速綜合方法研究102-130
• 5.1 引言102-103
• 5.2 FFT/IFFT在陣列綜合中的應(yīng)用103-105
• 5.3 交替投影算法105-109
• 5.4 時間調(diào)制陣列快速綜合方法109-117
• 5.4.1 非均勻激勵幅度的時間調(diào)制陣列快速綜合方法111-115
• 5.4.2 均勻激勵幅度的時間調(diào)制陣列快速綜合方法115-117
• 5.5 均勻激勵幅度的陣列快速綜合仿真117-123
• 5.5.1 寬零陷方向圖綜合117-119
• 5.5.2 自適應(yīng)零陷方向圖綜合119-123
• 5.6 非均勻激勵幅度的陣列快速綜合仿真123-129
• 5.6.1 平頂波束方向圖綜合124-126
• 5.6.2 星版圖方向圖綜合126-129
• 5.7 本章小結(jié)129-130
• 第六章 時間調(diào)制共形陣列的研究與設(shè)計130-164
• 6.1 引言130-131
• 6.2 共形陣列有效輻射單元的選取131-135
• 6.3 共形陣列單元極化方向的調(diào)整135-143
• 6.3.1 單饋電單元旋轉(zhuǎn)控制135-138
• 6.3.2 雙饋電單元幅度加權(quán)控制138-140
• 6.3.3 基于輻射單元表面電流調(diào)節(jié)的極化控制方法140-143
• 6.4 共形陣列副瓣電平的控制143-148
• 6.4.1 修正的伯恩斯坦多項式在低副瓣綜合中的應(yīng)用143-145
• 6.4.2 基于單峰曲面優(yōu)化的低副瓣方向圖綜合方法145-148
• 6.5 GPU并行計算技術(shù)在陣列綜合中的應(yīng)用148-150
• 6.6 時間調(diào)制共形陣列設(shè)計150-163
• 6.6.1 柱面時間調(diào)制共形陣列綜合150-152
• 6.6.2 錐臺時間調(diào)制共形陣列綜合152-156
• 6.6.3 球面時間調(diào)制共形陣列綜合156-163
• 6.7 本章小結(jié)163-164
• 第七章 結(jié)束語164-168
• 參考文獻(xiàn)168-180
• 致謝180-182
• 作者簡介182-183

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：633778