模拟稀布矩阵的相位加权低副瓣设计

低副瓣是相控阵雷达的重要指标,发射时受限于硬件条件,阵面无法进行幅度加权,对于收发通用的低副瓣设计,只能依靠稀布阵元或相位加权实现。针对上述问题,文中提出模拟稀布矩阵的相位加权低副瓣设计。首先,给出了相位加权的理论依据;之后分别给出基于遗传算法的唯相位加权和稀布矩阵的降副瓣效果;再设计一种相位加权模拟稀布阵元的理论公式和仿真结果,最终给出了稀布阵元和相位加权相结合的降副瓣结果,设备实测结果和仿真结果相近。

射电天文30~300 MHz频段稀布阵列关键技术分析与研究

30~300 MHz的甚高频(Very High Frequency,VHF)频段是重要的射电天文波段,该频段观测采用天线阵组阵方式。稀布阵列具有空间分辨率高、副瓣电平低以及造价低等优点,进一步的天线阵综合加权可以对天线阵主瓣波束进行有效赋形,对最大旁瓣副瓣(Maximum Side Lobe)电平和远区栅瓣(Far Side Lobe)电平进行抑制。首先回顾了射电天文甚高频稀布阵列研究发展和现状,以及将会遇到的难点,提出了首先优化最优稀布天线阵元排布,进一步提出融合高性能计算平台+FPGA SOPC的稀布甚高频射电天文阵列信号处理结构体系,在图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)或者云计算平台上完成对天线阵各阵元频点加权参数的计算,然后通过高速总线将计算参数下发到前端的信号处理板中,通过FPGA SOPC完成对加权参数的配发。进一步分析计算了多波束情况下的数据率,可以实现实时的参数配置。本文成果为下一步大规模甚高频天线阵架设提供了技术依据。

低旁瓣反射面天线设计

反射面天线设计在追求高增益的同时,往往也要求天线具有较低的旁瓣水平,以防止对其他系统产生干扰;通过分析不同天线形式反射面天线旁瓣的影响因素,研究了低旁瓣反射面天线设计时参数选取原则和方法,总结了低旁瓣反射面天线的设计方法;给出了一个实际工程应用的超低旁瓣双偏置反射面天线的设计实例和性能仿真计算,天线仿真的口径效率优于59%,旁瓣优于-40 dB,验证了分析与设计方法的正确性,该方法可用于指导低旁瓣反射面天线的工程设计。

一种广域稀布雷达低旁瓣波束形成方法

广域稀布雷达具有抗干扰、抗摧毁能力强等优点,但是其方向图会因阵元稀布而存在大量的高旁瓣;提出一种脉组内捷变频联合波束形成方法,通过在雷达的连续脉组内发射不同频率的信号,并将不同频率的信号进行相参合成,在使主瓣电平不变的情况下,得到更低的旁瓣电平;通过与遗传算法相结合,并设定适当的约束和适应度函数,经迭代优化后的布局,可以得到具有更低的旁瓣电平的方向图;仿真结果表明:经该方法优化后,广域稀布线阵旁瓣电平降低至-11.85 dB,广域稀布面阵方位向和俯仰向旁瓣电平分别降低至-14.18 dB及-14.73 dB;该方法可以有效降低广稀疏阵列的旁瓣电平。

螺线空间阵性能研究

为使水下测试声阵拥有较强的抗干扰能力,常要求阵列具有较低的旁瓣。该文提出了一种螺线空间阵设计方法,可利用螺线结构的空间稀疏分布特性,大幅降低体积阵的旁瓣高度,提高对水下目标的方位估计能力。文中给出了螺线空间阵的构造方法和阵元坐标参数,并与圆柱阵、双锥阵等常规体积阵进行了指向性、方位估计能力、阵增益的对比,仿真结果表明螺线空间阵在水平方向上的指向性旁瓣最低、最平坦,对目标进行方位估计时的伪峰高度最低,目标的方位估计能力相比双锥阵、圆柱阵提升显著。

人工表面等离激元馈电的宽带低旁瓣全角度波束扫描天线

提出了一款人工表面等离激元馈电的宽带全角度低旁瓣波束扫描天线。采用人工表面等离激元馈电卵圆形辐射贴片阵列和对跖Vivaldi辐射器,在快波区激发高次谐波实现漏波辐射,在慢波区呈现低损耗能量传输效果激励对跖Vivaldi的端射模式,从而实现了在4~12 GHz(相对带宽100%)内全角度(180°)波束扫描。进一步,通过对卵圆形辐射贴片进行锥形排布降低了天线在漏波辐射时的旁瓣水平。仿真结果表明,所设计的全角度波束扫描天线能够在4~12 GHz内旁瓣水平均在-10 dB以下。该天线在雷达探测、目标跟踪等应用场景具有重要应用潜力。

基于非对称泰勒综合的平面阵列低副瓣设计

根据平面相控阵高灵活性低副瓣的需求,提出了一种基于非对称泰勒综合的平面阵列加权方法。相比于现存的主流方法,该方法适用于任意阵元排布的平面阵列,可对辐射方向图进行非对称的副瓣控制,还具有天线增益损失较小、幅度和相位同时加权、算法为非迭代算法等优点。给出了对称和非对称的泰勒加权公式,以及在不同阵面排布下的降副瓣效果。仿真结果表明该方法速度快,灵活度高,性能稳定。

强反射背景下迭代低频模型在反演中的应用

储层预测的精度影响油气勘探开发的经济性,而针对复杂地质背景下的低频建模方法是提高储层反演预测精度的有效方法之一。为去除研究区特殊地质界面对储层反演造成的影响,提出了一种用以压制灰岩缝洞储层强反射引起的地震数据旁瓣效应的低频模型构建方法,以正演波动方程算法得到的地震数据为基础,迭代低频模型参与反演,逐步压制旁瓣效应的影响,最终使反演结果与地质模型一致。提出的低频模型迭代方法适用于碳酸盐岩缝洞型储层精细刻画,为储层定量解释提供合理的弹性参数,在奥陶系缝洞型储层预测中具有较强实用意义。

高增益低副瓣圆极化微带天线阵的研制

以工作频率为4.14 GHz,5单元圆极化微带天线阵为研究对象,研制出了与馈电网络为一体、具有圆极化特性的微带天线阵。利用不等幅馈电网络实现了天线方向图的低副瓣,采用枝节匹配技术解决了圆极化微带天线阵与馈电网络为一体的工程实现较为困难这一技术难题。在此基础上,研制了天线阵实验样机,并对实验样机进行了测量,实验结果表明;该天线阵具有良好的圆极化特性和低副瓣特性,进而说明了该方法是有效可行的。

基于模拟退火算法的平面稀疏阵优化

大规模稀疏阵列优化时,解空间十分庞大,一般优化算法难以实现。模拟退火算法不是一种解空间遍历算法,因而非常适合用于解决此类问题。利用平面阵的对称性,对解空间进行镜像压缩,进一步提高了优化效率。利用解空间压缩后的模拟退火算法优化得到了一种副瓣特性优良的稀疏布阵方式。

基于遗传算法的低副瓣阵列天线综合

为得到更低副瓣的方向图,建立16单元线天线阵和32×32单元面天线阵遗传算法模型,并对这两类阵列天线方向图进行综合。将综合仿真结果与Chebyshev、Taylor两种传统综合方法进行比较。比较结果表明,遗传算法优化方向图的第1副瓣电平可达-40 dB,且优化效率比传统方法高很多。为遗传算法在阵列天线方向图综合中的应用提供了技术支持。

大型阵列天线辐射的近似分析

将散射矩阵推广到阵列天线的辐射分析当中,推导出阵列天线辐射计算基础理论公式。该公式综合考虑了天线与馈电系统的失配引起的反射、天线单元之间的互耦效应以及天线单元在阵列当中和位于自由空间的辐射特性的变化。采用算例验证了该计算公式的正确性,根据阵列单元的辐射特点和S参数特点,提出了大型阵列辐射场的近似计算方法。以此为基础采用泰勒馈电设计了副瓣电平低于-30dB的大型阵列天线。

一种毫米波低副瓣微带天线阵列的设计与仿真

针对降低毫米波段微带天线的副瓣电平,提出了一种角馈方形微带贴片天线阵。在分析毫米波频段阻抗变换段与传输线之间存在不连续而导致阻抗失配和设计频率偏移这一突出问题的基础上,确定了馈线与输入阻抗、谐振频率的关系,利用HFSS软件优化馈线和阻抗变换段的宽度,实现了阻抗匹配和天线谐振频率的调整。仿真表明,设计的6×10元谐振式角馈方形微带阵列是一种低造价、实用性强的低副瓣电平毫米波天线。

阵列雷达最优子阵划分研究

在大型的相控阵天线中,为降低系统复杂性及应用成本,需要采用子阵划分技术对天线阵面进行最优划分。首先总结了基于子阵划分的相控阵雷达信号处理流程,在此基础上,从低副瓣的多波束、子阵级自适应干扰抑制等不同方面研究子阵划分技术。对现有子阵划分的研究途径、划分的方法以及各自特点进行研究和归纳。在抑制波束旁瓣方面,建立了求解最优子阵划分的优化数学模型;在自适应抗扰方面,分析了栅零点等影响子阵级自适应处理性能的因素。最后提出了最优子阵划分问题的进一步研究方向。

低副瓣智能天线阵型研究

由于智能天线所处电磁环境的特殊性 ,实现低副瓣特性及快速波束赋形尤其重要。本文从阵型角度出发 ,计算了圆阵中心阵元、圆阵层数及阵元密度分布对于降低副瓣的作用 ,并分析了球面阵列的辐射特性 ;所得结论可供智能天线的阵型设计参考。

二维固态有源相控阵失效单元补偿新方法

提出二维固态有源相控阵失效单元补偿的新方法 ,该方法基于失效单元矩形切割和线性规划方法。可适用于有源阵列多单元任意失效分布的实时补偿。在保证失效补偿后两主平面副瓣性能完全恢复的情况下 ,用线性规划方法对空间平均副瓣进行了优化。由于采用实数算法 ,仅需对非失效单元的幅度进行调整。

随机误差对雷达阵列天线低副瓣波束影响的分析

低副瓣阵列天线是现代雷达的普遍要求,但低副瓣天线的方向图指标通常受随机误差影响较大,设计时若不充分考虑随机误差对这些指标的影响,将会对实际结果产生较大影响.针对上述问题,提出了一种适合于雷达阵列天线低副瓣波束的幅相随机误差分析方法,可确定低副瓣波束Taylor综合的合理副瓣值和满足副瓣指标要求的幅相误差,并分析了幅相误差对阵列方向系数及波束指向的影响.仿真结果表明:该方法可靠有效,可为天线阵面和馈电网络设计以及安装精度提供依据.

子阵级和差波束形成及测角方法研究

大型面阵采用子阵级波束形成降低了计算量和接收通道数,由于只有一套功分网络,无法有效抑制差波束的副瓣。针对单脉冲相控阵系统,在子阵级采用数字加权抑制差波束的副瓣,使用虚拟子阵差波束的加权系数对子阵级输出进行幅度修正,改善了差波束的副瓣性能。基于对称取反的子阵级差波束形成,提出了改进的基于正弦空间坐标系的和差波束测角误差曲线建立及方法,对不同频率及不同波束指向只需建分别立方位和俯仰各一条误差曲线,降低了查表运算量和数据存储需求。仿真结果验证了本文方法的可行性和有效性。

相位锥化低旁瓣和差波束方向图合成新方法

为了解决低旁瓣和、差波束方向图合成问题,提出了一种低旁瓣和、差波束方向图合成的新方法。在相位锥化加权情况下,利用阵列因子与阵元激励之间存在的傅里叶变换对关系,根据给定的阵列因子应用循环迭代方式获取阵元激励系数,最终使其达到初始旁瓣要求。该方法解决了传统低旁瓣和、差波束方向图合成方法中存在的搜索次数多、计算量大、鲁棒性差的缺点;另外该方法可以有效解决阵元缺损情况下,均匀线列阵的低旁瓣和、差波束方向图合成问题。算法仿真验证了该方法的有效性。

文化算法应用于阵列天线方向图综合

介绍了文化算法在阵列天线方向图综合中的应用,以降低线天线阵的最大相对旁瓣电平为优化目标,对线天线阵的方向图进行了优化设计。并给出了基于实数编码的文化算法实现步骤。文化算法所具有的双层结构特性,使其在问题求解过程中能够利用经验知识来指导搜索过程,从而具有较好的全局寻优性能。通过计算机仿真,证明该算法所获得的天线方向图最大相对旁瓣电平低,并且具有较快的收敛速度。