低峰值旁瓣电平稀布阵综合算法研究

针对稀布阵具有较高峰值旁瓣电平(PSLL)的问题,从阵元对称与否、阵元数奇偶及天线阵列有无栅瓣这三个角度分析、对比了粒子群算法和三种遗传算法进行稀布阵综合的优缺点,并进一步分析了阵元数目、阵列孔径和最小阵元间距对稀布阵PSLL的影响。为进一步降低PSLL,提出在适应度函数中加改进海明窗的方式进行稀布阵阵元位置优化,通过仿真验证了方法的正确性和适用性。

Ku频段星载降水测量雷达脉冲压缩峰值旁瓣电平指标要求的分析研究

根据全球地表后向散射系数的概率统计分布,定量分析Ku频段星载降水测量雷达脉冲压缩峰值旁瓣电平与其干扰距离单元数之间的关系,提出通过倾斜雷达天线波束扫描平面来降低系统对峰值旁瓣电平指标要求的方法。数值仿真结果表明,当雷达天线波束扫描平面倾角为0°时,脉冲压缩的峰值旁瓣电平(PSL)应小于-70dB;当倾角为2°～3°时,PSL应小于-60dB。

馈电误差对相控阵旁瓣电平的影响研究

相控阵天线由于馈电误差的影响,旁瓣电平恶化,抗干扰能力降低。由于馈电误差随机分布,提出了采用数字统计特征分析旁瓣电平恶化情况的方法。论述了均值旁瓣电平和峰值旁瓣电平的基本原理。通过理论分析和数值模拟,计算了峰值旁瓣电平的概率密度分布,并给出了抑制旁瓣电平恶化的一些措施。

基于改进型灰狼优化算法和窗函数加权的稀布矩形平面阵列天线综合

针对在阵列孔径、阵元数目、最小阵元间距等多约束条件下的稀布矩形平面阵列天线优化问题,提出了基于改进型灰狼优化(improved grey wolf optimizer,IGWO)算法和窗函数加权的稀布矩形平面阵列天线综合方法。首先,利用Tent混沌映射、非线性收敛因子、优势狼动态置信策略和对立学习策略对灰狼优化(grey wolf optimizer,GWO)算法进行改进,增加算法的种群多样性和跳出局部最优的能力。然后,利用窗函数对阵列单元进行加权,生成位置分布矩阵,减少稀疏矩阵优化时间,提高优化效率。最后,利用位置分布矩阵生成稀疏阵列,再运用IGWO算法进行多约束条件的稀布优化。为验证所提方法的有效性进行了仿真实验,实验结果表明,本文方法可以有效提高阵列天线的性能,降低峰值旁瓣电平,对于解决在多约束条件下的阵列分布问题,具有一定的工程意义和参考价值。

基于脉冲串编码的MIMO雷达距离旁瓣抑制方法

MIMO雷达波形设计通常需要联合考虑空域时域特性,然而,在单脉冲发射波形设计中,在保证期望空域特性的情况下,往往存在时域旁瓣较高的问题。针对这个问题,该文提出一种基于脉冲串编码的时域旁瓣抑制方法。该方法采用空域发射方向图设计与时域波形设计分离的方式,通过对脉冲串的各子脉冲初相编码进行优化,可以在保证空域发射方向图不变的情况下,进一步抑制时域旁瓣。仿真结果表明,该方法可以有效地降低各多普勒通道的距离旁瓣。

长二相编码信号旁瓣抑制滤波器的设计

为了解决长二相编码信号脉压旁瓣抑制滤波器设计过程中易出现局部最优的问题,讨论了基于凸优化的旁瓣抑制滤波器设计方法。从时域波形入手分析了二相编码信号的失配滤波,结合工程设计和凸优化的性质,以失配滤波损失和峰值旁瓣电平为约束条件,将旁瓣抑制滤波器的设计转换为凸优化问题,利用CVX工具设计了长二相编码信号的旁瓣抑制失配滤波器,并进行了仿真分析。仿真结果表明,基于凸优化的设计方法可以有效解决长二相编码信号旁瓣抑制滤波器设计中局部最优的困扰,所设计的失配滤波器具有较好的峰值旁瓣电平性能。

基于迫零算法的二相码旁瓣抑制滤波器设计

为了解决大时宽带宽积二相编码信号脉压旁瓣抑制滤波器设计过程中易出现局部最优问题,提出了基于迫零算法的失配滤波器设计方法。从时域波形入手分析了二相编码信号的脉压失配滤波,将旁瓣抑制滤波器的设计转换为迫零均衡问题,对迭代运算中的步长因子和误差向量进行了自适应修正,在提高了算法收敛速度的同时增加了稳健性。对不同码长m序列的仿真结果表明,基于迫零算法的失配滤波器设计方法,可以有效解决大时宽带宽积二相编码信号旁瓣抑制滤波器设计中局部最优的困扰,所设计的失配滤波器具有较好的峰值旁瓣电平性能。

基于码形捷变的相位编码信号旁瓣抑制

为了解决相位编码雷达信号旁瓣高的问题,提出在各个脉冲重复周期发射随机捷变的相位调制码形.在对各脉冲的回波做匹配滤波后,按距离单元做离散傅里叶变换(DFT),将DFT的输出投影在雷达视线上;同时建立了码形随机捷变的使用准则.理论分析和外场实验表明,码形捷变方法适用于各种二相编码和多相编码信号,具有良好的旁瓣抑制性能,可提高对小目标的检测能力,并且在回波存在严重遮挡时也能保持较好的旁瓣抑制效果.

基于改进混合量子遗传算法的二相编码雷达波形优化

针对当前雷达波形优化算法搜索策略单一、适用范围受限的问题,提出了一种基于改进混合量子遗传算法的二相编码雷达波形优化算法。所提算法采用了一种新的自适应旋转角度策略,根据迭代次数和余弦相似度动态调整旋转角度,提高了算法的收敛速度、全局搜索能力和求解质量。仿真结果表明,与遗传算法、基本量子遗传算法和混合量子遗传算法相比,对于包含了单峰、多峰和非凸优化问题的6个标准测试函数,所提算法在质量和资源消耗上均表现更好;对于二相编码雷达波形优化,证实了使用所提算法优化波形是可行和有效的。

改进爬行动物搜索算法的线阵波束形成研究

针对最小方差无畸变响应方法在已知先验信息的情况下抗干扰性能较差的问题,提出了基于改进爬行动物搜索的波束形成方向图控制算法。该算法通过设置合适的适应度函数,迭代寻找最优权值,并利用其实现对方向图的控制。首先采用Sobol序列对种群初始化方法进行改进,获得更均匀的种群初始分布;其次,改进进化因子提高该算法的收敛速度;最后,为了增强抗干扰性能,对适应度函数进行改进,使方向图旁瓣更低。仿真实验表明,相较于传统算法,该算法可以获得更深的零陷并将其准确的对准干扰来向,同时降低峰值旁瓣电平,提高了对干扰的抑制能力,使得元启发式算法在波束形成领域更具应用价值。

基于多种群竞争差分进化算法的稀布线阵优化

为进一步降低差分进化算法及其改进算法优化稀布线阵时的峰值旁瓣电平,提出了一种基于多种群竞争的差分进化算法。用多个亚种群代替单一种群,借鉴竞争机制对亚种群进行评估,根据评估得分确定各亚种群产生新个体的数量,分数高的亚种群可以产生更多新个体,体现出高质量亚种群的优势。引入信息交流行为将这种优势扩散到其他亚种群,加快整个种群的收敛速度,提高解的质量。对亚种群评估和信息交流行为的机制分析以及实验验证表明,2种行为结合使用算法性能最佳。3种天线实例仿真实验表明:与对比算法中最优算法相较,所提方法50次实验的平均峰值旁瓣电平分别降低了4.31、1.31、0.41 dB。

基于动态搜索策略离散粒子群算法的稀疏阵列约束优化

针对目前稀疏阵列优化算法搜索策略单一和适用范围受限问题,对离散粒子群(Discrete Particle Swarm Optimization,DPSO)算法进行改进,提出了一种基于多种融合的综合粒子学习策略的算法,用其设计具有多个约束条件的稀疏平面阵列.该方法在粒子速度更新时使用基于小生境的分散解集合替换群体最优解,以形成高多样性种群.为了增强后期局部收敛性,在适时启动局部变异策略,利用变异概率自适应地调整粒子位置,并通过两个观测参数监控其运动状态.经典函数测试和平面稀疏阵列数值仿真结果证明了算法的有效性和鲁棒性.相同仿真条件下,相比于现有三种算法,该算法峰值旁瓣电平(Peak Side-Lobe Level,PSLL)分别降低了8.45%,6.77%和8.27%.

集群无人机载雷达阵列波束合成

集群无人机载雷达阵列具有较高的机动性与灵活性,相关研究受到广泛关注。波束合成是集群无人机载雷达阵列的重要功能之一,该功能的实现面临较多挑战。本文首先构建了波束合成信号模型并分析了位置不确定性、时间同步不确定性、天线指向不确定性以及通道不确定性的影响;其次,推导了波束合成信号模型的克拉美罗界和峰值旁瓣电平并提出了集群无人机构型优化方法;最后,提出了一种幅相误差处理策略,主要包括基于高精度测距的定位和时间同步系统设计以及幅相误差快速补偿两部分。仿真结果和工程实验证实了集群无人机载雷达阵列波束合成的可行性。

基于改进整型遗传算法的稀疏矩形平面阵列优化

为了降低固定稀疏率、固定孔径的稀疏矩形阵列的峰值旁瓣电平,提出一种改进整型遗传算法。该算法在整型遗传算法的基础上,提出了等间隔采样的交叉策略、多点变异策略以及优良基因重组的策略。采取等间隔采样的基因交叉方式,可以有效发挥整型编码的优势,从而提高算法的运行效率;为了提高种群的多样性,防止算法陷入局部最优,采用了多点变异策略;采用优良基因重组技术,加快了算法的收敛速度。仿真结果表明,相比传统的二进制和实数编码,整型编码更为直接高效;与用于稀疏矩形阵列优化的相关算法相比,本文所提算法获得了更优的旁瓣电平,证实了算法的有效性和优越性。

基于双策略差分进化算法的太赫兹MIMO阵列雷达优化

太赫兹波由于其高分辨率、高穿透性和高安全性等特点,太赫兹MIMO阵列雷达结合了多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)阵列技术,能够实现实时高分辨率成像,在人体安检等领域得到了广泛应用。然而,由于太赫兹波波长更短以及稀疏布阵使阵元间距远大于发射信号半波长,使阵列雷达波束方向图中出现高栅旁瓣电平问题,影响成像质量。针对该问题,文中在差分进化算法的基础上提出了一种双策略自适应差分进化算法(Dual Strategy Adaptive Differential Evolution,DSADE)用于阵列优化:首先,改进种群初始化方法,使用Kent混沌序列生成初始种群,该方法能够使初始个体基因在解空间中分布更加均匀;其次,提出了一种双变异策略,使算法能够根据迭代次数和个体适应度值选择合适的变异策略;最后,对参数进行了自适应改进,使参数能够根据个体进化情况进行自主调整。为验证DSADE算法收敛性选取了8组标准函数对算法进行了测试,DSADE算法在所有测试函数上均能取得最好的收敛效果。此外,使用DSADE算法对太赫兹MIMO雷达进行了仿真优化实验,该算法比优化效果最好的人工蜂群算法的归一化峰值旁瓣电平比值降低了1.21 dB。实验结果表明:文中提出的DSADE算法能够有效抑制太赫兹MIMO阵列雷达的峰值旁瓣电平,优化后的阵列雷达具有更低的旁瓣电平水平。

基于相关干扰抑制的MIMO声呐波形设计

为了解决在多输入多输出声呐系统中,发射信号无法实现理想的正交问题,要求发射波形之间有尽可能低的互相关峰值电平和自相关旁瓣峰值电平。分析表明:传统的正交频分复用线性调频信号(OFDM-LFM)波形存在较高的ASPL。针对这个问题,采用信号分段设计的思想,提出2种新的波形结构设计方案,分别采用优化子脉冲调频带宽和调频时宽的设计方法,对每个发射阵元的LFM信号结构进行优化设计,在保证波形容易产生的基础上,增加发射信号自由度,仿真结果表明:与传统正交频分复用线性调频信号波形相比,2种方法所设计的波形具有更低的自相关旁瓣峰值电平和互相关峰值电平。

基于约束非线性规划的MIMO雷达正交波形设计

以最小化峰值相关旁瓣为优化准则,采用约束非线性规划设计多输入多输出雷达的正交波形。所设计的正交波形采用相位编码信号,信号幅度恒定,相位取值任意。数值仿真实验表明,与本文所提到的以最小化积分相关旁瓣为优化准则的方法相比,所设计的信号自身具有更低的自相关峰值旁瓣电平,信号两两之间具有更低的峰值互相关电平。此外,还通过数值实验研究了自相关峰值旁瓣电平和峰值互相关电平与正交波形的信号数目和码长的关系。

一种相位编码信号及其失配滤波器设计方法

为了解决相位编码信号脉冲压缩后峰值旁瓣电平过高的问题,提出了一种新颖的相位编码信号——宽主瓣相位编码信号及其失配滤波器的设计方法。首先,在给定相位编码信号时宽并且保持信号带宽不变的条件下,通过增加相位编码信号的码元长度来增加优化自由度进而降低其峰值旁瓣电平;然后,给出了宽主瓣相位编码信号的设计准则,并使用基于L-BFGS算法的最小p范数优化算法进行求解;最后,基于该相位编码信号提出了以最小化峰值旁瓣电平和逼近期望的主瓣为准则的失配滤波器设计方法,并使用凸优化算法进行求解。仿真结果表明:在给定相位编码信号的时宽、保持信号距离分辨力不变的条件下,与传统相位编码信号相比,主瓣展宽的相位编码信号峰值旁瓣电平可以降低4.32dB;通过设计失配滤波器的方法,该相位编码信号脉冲压缩后的峰值旁瓣电平可以进一步降低5.94dB。

随机噪声超宽带雷达信号性能分析

介绍了一种随机噪声超宽带雷达信号,给出了这种信号的功率谱形式。通过理论分析和计算机仿真,研究了这种信号相关接收压缩波形的统计旁瓣电平以及目标的分辨能力。仿真结果表明,这种信号与线性调频超宽带雷达信号相比,在一定的条件下,可以获得更低的峰值旁瓣电平,并且具有更好的分辨能力。

一种空时联合优化的MIMO雷达波形设计方法

针对多输入多输出(MIMO)雷达波形设计中空域合成信号的时域特性较差的情况,提出了一种空时联合优化的MIMO雷达波形设计方法.该方法在波形设计中对波形的空域功率分布以及空域合成信号的自相关特性进行了联合考虑.基于空域信号的自相关旁瓣电平以及各阵元信号间的相关性,对集中式MIMO雷达的正交波形设计与具有特定方向图的波形设计建立了统一的优化模型,并采用序列二次规划方法与加权迭代方法求解.仿真结果表明,文中所设计的波形不仅能够很好地逼近期望方向图,而且空域合成信号具有较好的自相关特性.