基于二维稀疏阵列的相控阵雷达超分辨角度估计方法研究——二维稀疏阵列结构分析

随着时代不断发展,基于均匀阵列的传统DOA估计算法已经落后于时代,稀疏阵列作为新型阵列能提高阵列自由度、降低阵元互耦效应。其中二维稀疏线阵相比于一维稀疏线阵性能更好、使用更广泛。本文总结了前人关于二维稀疏阵列的研究成果,主要研究内容如下:介绍了稀疏阵列。稀疏阵列的阵元间距不必再是信号半波长,降低了阵元间互耦效应,并通过构造虚拟阵列提高阵列自由度,扩展了阵列孔径。本文首先介绍了稀疏阵列是如何构造虚拟阵列并如何扩展阵列孔径这一核心理论,接着介绍了最小冗余阵列、嵌套阵列和互质阵列三种基础的阵列模型,并拓展介绍了L型互质阵列和精简型互质阵列模型,以及基于它们的DOA估计。

相控阵超声二维稀疏阵列的优化设计应用研究

在相控阵超声检测中,稀疏阵列是利用较少阵元数目获得大阵列孔径的有效办法。目前一些稀疏阵列没计的方法,并没充分利用有效阵元。本文首先采用遗传算法没计二维稀疏阵列,发现遗传算法设计的稀疏阵列,一致性较差。主要原因是在没有任何限制的条件下,寻优搜索空间大,遗传算法参数往往难于控制。针对此问题,受十字形稀疏阵列和最小冗余度阵列的启发,本文将最小冗余度阵列拓展到二维稀疏阵列的设计中。计算机模拟和实验都表明,利用最小冗余度阵列和遗传算法设计的二维稀疏阵列具有很好的空间分辨率和对比度分辨率。

基于虚拟阵列的二维稀疏阵列相干源DOA估计

波达方向DOA估计是雷达阵列信号处理的一个重要方向，传统的MUSIC算法对均匀阵列条件下独立信号源的估计有很强的适应性，但实际的雷达工作中，稀疏布阵下多相干源测角是一个经常出现的应用场景。文中针对二维稀疏阵列的相干源测角，提出了一种基于虚拟阵列的相干源DOA估计方法。该方法利用虚拟阵列内插的方法，将一个任意二维稀疏阵列内插为一个均匀面阵，再通过二维空间平滑方法对相干源进行测角，能够同时获得信号的方位角和俯仰角信息。稀疏面阵和稀疏圆阵的仿真实验结果表明，该方法可以有效的解决二维稀疏阵列的相干源测角问题。

基于原子范数最小化的二维稀疏阵列波达角估计算法

基于二维稀疏平面阵列的波达角(Direction-of-arrival,DOA)估计问题在第五代移动通信大规模多输入多输出阵列的应用中日益重要。无网格稀疏重构技术促进了DOA估计问题的发展,原子范数理论则使得DOA估计的超分辨率得到进一步的提高。文中研究了多个方向的频谱稀疏信号入射到二维稀疏阵列时的DOA估计问题。为了准确、成对地识别出所有入射信号的仰角和方向角,提出了一种基于多个测量矢量(Multiple Measurement Vectors,MMV)的二维原子范数算法,并用半正定规划进行求解。所提算法将二维DOA估计问题中的压缩感知理论从单个测量矢量拓展到多个测量矢量,从而有效利用MMV的联合稀疏性。数值仿真结果表明,随着MMV矢量的增长,可识别的信源个数增加,稀疏阵列中物理传感器所占比例降低到30%,DOA估计误差也显著降低,并且在信噪比增大时,所提算法能够取得很好的收敛效果。

综合孔径辐射计二维稀疏天线阵列排列方法

稀疏天线阵列设计是干涉式综合孔径微波辐射计的一个重要研究内容。文中提出了一种综合孔径辐射计二维稀疏天线阵列的排列方法,该方法适于构造阵元数任意大的二维稀疏阵。从理论上证明了该方法构造的二维稀疏阵在(u,v)平面采样覆盖的完备性,导出了由该方法构造的二维稀疏阵的冗余度理论上限,并证明其优于U、T型阵。理论分析和仿真结果均表明,与相同阵元数的U、T型阵比较,该方法构造的二维稀疏阵可获得更多的空间频率采样点数、更大的(u,v)平面覆盖面积,从而实现更高的空间分辨率。该方法对综合孔径辐射计的二维天线阵列设计具有参考价值。

Nonequidistant two-dimensional antenna arrays based on magic squares

New methods of synthetizing nonequidistant sparse antenna arrays based on the properties of magic squares are studied.The methods of construction and algorithms of synthesis of two-dimensional antennas based on them providing a high degreeof dilution and sufficiently small side radiation are proposed.The methods for construction of such antennas and their maincharacteristics are considered.