本文關(guān)鍵詞：時(shí)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(shí)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(wú)線(xiàn)通信和電子技術(shù)的飛速發(fā)展導(dǎo)致了電磁問(wèn)題日益復(fù)雜,這將使得對(duì)于高效優(yōu)化技術(shù)的需求變得異常強(qiáng)烈。電磁問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)通常具有非線(xiàn)性、不可導(dǎo)以及多極值的特點(diǎn),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(jiǎn)單方便,搜索能力強(qiáng),對(duì)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(wèn)題。然而對(duì)于較為復(fù)雜的優(yōu)化問(wèn)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(kāi)展高效的進(jìn)化算法研究便具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)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(lì)幅度動(dòng)態(tài)范圍,對(duì)于陣列的饋電系統(tǒng)提出了較高的要求。然而時(shí)間調(diào)制陣列通過(guò)在傳統(tǒng)相控陣列天線(xiàn)引入新的自由度——時(shí)間,能夠有效簡(jiǎn)化饋電網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)精確饋電。因此探索時(shí)間調(diào)制陣列新的設(shè)計(jì)思路以及新的應(yīng)用領(lǐng)域是一項(xiàng)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(shí)現(xiàn)對(duì)載體平臺(tái)空間進(jìn)行有效利用,同時(shí)能夠最大限度地保持原有載體平臺(tái)的空氣動(dòng)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(shì)。其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)能夠有效彌補(bǔ)平面陣列固有的缺陷,同時(shí)滿(mǎn)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(lái)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(duì)進(jìn)化算法,時(shí)間調(diào)制陣列以及共形陣列技術(shù)等方面展開(kāi)研究,主要工作包括以下幾個(gè)方面：1.針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)化算法在解決復(fù)雜優(yōu)化問(wèn)題時(shí)收斂速度較慢,容易陷入局部最優(yōu)解的缺點(diǎn),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(qiáng)全局尋優(yōu)能力的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)保留了人工蜂群算法在局部尋優(yōu)方面的優(yōu)勢(shì),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(duì)大規(guī)模時(shí)間調(diào)制陣列綜合較為困難的問(wèn)題,本文提出了一種大規(guī)模時(shí)間調(diào)制陣列綜合方法。該方法首先對(duì)于中心頻率方向圖進(jìn)行初步綜合并得到初始解。然后對(duì)該初始解的幅度和相位進(jìn)行微擾優(yōu)化,以滿(mǎn)足中心頻率方向圖以及陣列等效激勵(lì)幅度的要求。最后對(duì)脈沖持續(xù)時(shí)間以及脈沖起始時(shí)刻進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)邊帶電平的抑制。該方法通過(guò)將原有的大規(guī)模綜合問(wèn)題進(jìn)行分解,能夠極大地緩解因優(yōu)化變量規(guī)模過(guò)大而引起的優(yōu)化能力急劇下降的問(wèn)題。3.在研究傳統(tǒng)時(shí)間調(diào)制陣列能在中心頻率處實(shí)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(gè)天線(xiàn)單元與不同的延遲線(xiàn)相連接,通過(guò)控制兩種延時(shí)線(xiàn)的工作時(shí)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(shí)現(xiàn)波束掃描的目的。該相位調(diào)制陣列具有非常簡(jiǎn)單的陣列結(jié)構(gòu),以及廣闊的應(yīng)用前景。4.針對(duì)進(jìn)化算法綜合時(shí)間調(diào)制陣列所存在的計(jì)算速度慢,穩(wěn)定性差,優(yōu)化能力對(duì)變量規(guī)模敏感等缺點(diǎn),本文提出了一種時(shí)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(duì)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(lì)并再次使用交替投影算法對(duì)邊帶頻率方向圖進(jìn)行綜合。最終分離出時(shí)間調(diào)制陣列的靜態(tài)激勵(lì)與動(dòng)態(tài)激勵(lì)。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(shí)間調(diào)制陣列綜合問(wèn)題。5.針對(duì)共形陣列極化方向調(diào)整的問(wèn)題,本文提出了一種雙端口天線(xiàn)單元的極化方向控制方法。該方法根據(jù)天線(xiàn)單元的位置以及主波束極化方向,得到雙端口電流的相對(duì)關(guān)系,以此為基礎(chǔ),獲得兩個(gè)端口激勵(lì)的電流幅度,從而實(shí)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(duì)共形陣列低副瓣方向圖綜合問(wèn)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(xiàng)式在陣列的口徑面上建立一簇樣條曲線(xiàn),并擬合出陣列激勵(lì)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(xiàn)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(lì)幅度的單峰特性,優(yōu)化過(guò)程能夠大為縮短。
【關(guān)鍵詞】：進(jìn)化算法 時(shí)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN820
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 符號(hào)對(duì)照表15-16
• 縮略語(yǔ)對(duì)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀23-32
• 1.2.1 時(shí)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(yàn)驗(yàn)證50-57
• 2.5.1 Benchmark測(cè)試函數(shù)50-53
• 2.5.2 Benchmark測(cè)試函數(shù)測(cè)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(shí)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(shí)間調(diào)制陣列的基本結(jié)構(gòu)61-62
• 3.3 時(shí)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(shí)間調(diào)制方式63-66
• 3.3.2 基于陣列相位中心單向移動(dòng)的調(diào)制方式66-67
• 3.3.3 基于陣列相位中心雙向移動(dòng)的調(diào)制方式67-70
• 3.4 時(shí)間調(diào)制陣列方向性系數(shù)、效率及增益的計(jì)算70-71
• 3.5 時(shí)間調(diào)制陣列輻射特性分析71-72
• 3.6 時(shí)間調(diào)制陣列方向圖綜合72-82
• 3.6.1 低激勵(lì)幅度動(dòng)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(xiàn)波束掃描基本原理85-86
• 4.3 基于時(shí)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(shí)驗(yàn)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(wú)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(lì)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(wú)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(shí)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(shí)間調(diào)制陣列快速綜合方法109-117
• 5.4.1 非均勻激勵(lì)幅度的時(shí)間調(diào)制陣列快速綜合方法111-115
• 5.4.2 均勻激勵(lì)幅度的時(shí)間調(diào)制陣列快速綜合方法115-117
• 5.5 均勻激勵(lì)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(lì)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(shí)間調(diào)制共形陣列的研究與設(shè)計(jì)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(xiàng)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(jì)算技術(shù)在陣列綜合中的應(yīng)用148-150
• 6.6 時(shí)間調(diào)制共形陣列設(shè)計(jì)150-163
• 6.6.1 柱面時(shí)間調(diào)制共形陣列綜合150-152
• 6.6.2 錐臺(tái)時(shí)間調(diào)制共形陣列綜合152-156
• 6.6.3 球面時(shí)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(yǔ)164-168
• 參考文獻(xiàn)168-180
• 致謝180-182
• 作者簡(jiǎn)介182-183

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：633778