交替极化阵列对消盲区分析与验证

当干扰信号的空域和极化域特征与目标信号相似时,采用空极化域联合抗干扰技术在消除干扰的同时也会抑制目标信号,导致干扰对消后信干噪比(signal to interference plus noise ratio,SINR)低于雷达系统需求,从而形成干扰对消盲区。针对这一现象,通过在空域、极化域与空极化域分别建立交替极化阵列对消盲区模型,推导了对消盲区位置和大小的数学表达式,从而给出了交替极化阵列对消盲区的数学表征方法。进而分析了交替极化阵列对消盲区的分布规律与影响因素,研究发现阵元间距能够显著影响交替极化阵列对消盲区的分布,在相同条件下交替极化阵列对消盲区大于共点极化阵列对消盲区,结果表明交替极化阵列虽然通过减少天线数目降低了设备成本,但增大了阵列的对消盲区。然后,对消盲区模型进行了数值仿真,仿真结果验证了理论分析。最后,利用信道模拟器搭建了实验平台,信道模拟实验测得的对消盲区与理论值基本一致,再次证明了分析结论的有效性。

基于极化阵列雷达的信号模型及目标检测性能分析

极化阵列雷达可以对电磁波的极化信息进行提取和利用,从而提高目标检测、目标识别等能力。基于多种不同类型的极化阵列雷达系统,针对目标检测性能进行了分析。首先,建立了极化阵列雷达的统一信号模型。然后,对比了单一极化相控阵雷达、全极化阵列雷达和子阵交叉极化雷达的回波信号,并分析了各种阵列在不同信噪比下的目标检测性能;最后,结合仿真试验,总结了不同类型极化阵列雷达的特点。

稀疏多极化阵列设计研究进展与展望

相较于稀疏标量阵列和均匀多极化阵列,稀疏多极化阵列由于其可感知信号的极化状态、避免极化失配以及增加阵列自由度、减小互耦效应与降低硬件成本等优点,对其进行系统性研究具有重要的应用价值和理论指导意义。稀疏多极化阵列的设计较之于稀疏标量阵列的设计更加多样化,因其不仅与天线阵元位置有关,还与天线阵元极化种类和阵元指向等因素有关。该文首先对近年来该领域内相关研究进行归纳总结,从非均匀稀疏、均匀稀疏、混合均匀与非均匀稀疏3种稀疏方式出发,介绍和探究了主流稀疏多极化阵列结构优化方式,然后从基于深度学习的稀疏多极化阵列优化设计、稀疏多极化多输入多输出(MIMO)雷达、稀疏极化频率分集阵(PFDA)雷达和稀疏PFDA-MIMO雷达、稀疏多极化智能超表面以及稀疏多极化阵列在家居智能通信和工业物联网等复杂室内场景下的应用等方面对未来的发展方向进行了展望。

一种可用于5G点对点通信的宽频双极化阵列天线

本文设计了一款高增益宽频双极化天线。该天线采用多层辐射贴片的结构,拓展天线的带宽,并用一对正交分布的微带线直接馈电在辐射贴片上,增强天线极化隔离度,形成双极化特性。通过设计馈电网络,组成阵列后实现良好的带宽与定向辐射特性,并且具有良好的端口隔离度和辐射极化纯度。实测结果表明,小于-10dB的阻抗带宽为18.18%(5.0~6.0GHz),带内平均增益为15.5dBi,全频段端口隔离度小于-30dB,主瓣方向上的主极化电平与交叉极化电平相差40dB,带内增益波动小于3dB,具有良好的增益平坦度。该天线适合作为5G通信系统中的天线单元,具有实用价值。

一种双圆极化阵列天线的设计

设计了一款缝隙耦合馈电的微带形式双圆极化相控阵天线。天线的结构采用单馈线的方式,同时实现了左旋圆极化辐射与右旋圆极化辐射,设计简单,适合在阵列中得到应用。同时,所设计的结构对称,能较好实现圆锥形扫描。阵列的组阵方式采用顺序旋转布阵,使得阵列的轴比降低。天线单元外围加金属化通孔,上方加载开口的金属圆环,以此来降低阵列中相邻单元之间的互耦,提高阵列扫描性能。设计的8×8阵列天线的尺寸为57 mm×57 mm,工作频段内,阵列的最大指向的最大增益值达到21.79 dBi,阵列轴比在-50°~50°的扫描范围内基本小于3 dB。

交替极化阵列滤波性能研究

针对极化敏感阵列在工程应用中所受到的诸多限制条件,本文提出了一种新型交替极化阵列结构,分析了其在滤波抗干扰中的理论极限性能,并与极化敏感阵列滤波性能进行对比研究。研究表明:相对而言,交替极化阵列在设备量减半、信号处理自由度减半的条件下,滤波抗干扰性能逼近极化敏感阵列,克服了极化敏感阵列系统复杂性带来的一系列问题,因此在阵列雷达领域具有广泛的应用前景。

α和高斯噪声背景下线性极化阵列波达方向和极化参数联合估计的FLOCC-SMN方法

针对α和高斯混合噪声背景下的线性极化阵列波达方向和极化参数估计问题,提出了一种基于分数低阶循环相关的子空间-最小范数方法。该方法针对α稳定分布过程的特点,利用信号的循环平稳特性,克服了传统的基于二阶矩或高阶累积量无法用于α噪声背景的缺点,弥补了分数低阶矩对循环平稳干扰信号抑制能力的不足。所采用的子空间-最小范数方法不仅减少了传统MUSIC方法的计算量,而且有效地抑制了分数低阶循环相关函数的估计误差。仿真结果表明,本文算法对α和高斯混合噪声及循环平稳干扰信号的抑制能力明显优于分数低阶矩方法。

机载极化阵列多输入多输出雷达极化空时自适应处理性能分析

为进一步提升机载多输入多输出(MIMO)雷达空时自适应处理(STAP)的杂波抑制与目标检测性能,本文提出基于极化阵列MIMO雷达的极化空时自适应处理(PSTAP)方法.首先,将新型的极化阵列应用于机载MIMO雷达,建立了机载极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理的信号模型.然后,基于分辨格思想,将杂波影响等效为与杂波自由度相关的独立杂波点源的形式,得到极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理协方差矩阵的等价表示.进而,结合上述等价协方差矩阵,对极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理的输出信杂噪比(SCNR)性能进行了推导分析,讨论了其中极化、空、时匹配系数的影响.理论分析表明,通过利用附加的极化域信息,极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理相比于传统MIMO-STAP能够有效提升杂波抑制性能,更有利于慢速运动目标检测,并且目标与杂波极化参数差别越大,输出SCNR的性能改善效果越明显.仿真结果验证了本文所提极化阵列MIMO雷达极化空时自适应处理方法的有效性与优越性.

极化阵列雷达单脉冲测角方法研究

极化阵列雷达兼具阵列雷达的优势和极化信息处理能力,是当前先进体制雷达研究的热点。研究了极化阵列雷达单脉冲测角的问题。在明确雷达采用的天线结构的基础上,建立了极化阵列雷达接收信号模型,提出了基于极化并联的单脉冲测角方法,分析了该方法测角性能,给出了测角性能与SNR及回波极化角的关系。通过仿真验证了方法的有效性,研究表明:极化阵列雷达单脉冲测角性能优于任意单(同)极化阵列雷达,且测角性能与回波极化状态无关。

部分极化干扰条件下极化阵列性能分析

研究部分极化干扰条件下极化阵列的滤波抗干扰性能,期望信号为完全极化波,干扰信号为部分极化波。利用最大信噪比准则得到阵列最大输出信号干扰噪声比(SINR)的解析表达式,分析干扰极化度,到达角等因素对阵列抗干扰性能的影响,仿真实验验证理论分析的正确性。

极化阵列天线的性能优势与应用前景

极化阵列是一种能够获取电磁信号极化信息的新型阵列,其阵元的输出为矢量,完备的电磁信息为阵列性能的提高奠定了物理基础。和普通阵列相比,极化阵列具有较强的抗干扰能力、稳健的检测能力、较高的分辨能力以及极化多址能力等优越的系统性能。在雷达、通信、导航、电子战等领域具有广泛的应用前景。

基于改进广义线性组合算法的极化阵列稳健波束形成

为提升极化阵列波束形成的稳健性,将广义线性组合(general linear combination,GLC)算法应用于极化阵列.分析了GLC算法在较高输入信噪比条件下,阵列存在阵元扰动和期望信号(signal of interest,SOI)波达方向(direction of arrival,DOA)误差时,输出的信干噪比随快拍数增加而下降的原因,并提出了一种结合转换函数的改进GLC算法.所提算法根据采样协方差矩阵(sample covariance matrix,SCM)特征值相关参数的大小,对信噪比进行判断.信噪比较高时,采用改进GLC算法计算对角加载量(diagonal loading level,DLL);信噪比较低时,采用原GLC算法计算DLL,从而使得所提算法在任意输入信噪比和快拍下的输出信干噪比均大于或等于原GLC算法.通过主瓣干扰条件下的计算机仿真实验验证了所提算法的有效性.

极化阵列抗主瓣干扰性能研究

为改善极化敏感阵列主瓣抗干扰性能,分析了基于特征空间投影算法的交替极化敏感阵列的主瓣干扰抑制性能,并与常规极化敏感阵列进行了比较.讨论了期望信号和干扰信号的空域和极化域匹配系数对阵列输出信干噪比的影响;分析了在期望信号导向矢量失配情况下,采用特征空间投影算法改善两种极化敏感阵列的主瓣抗干扰性能.理论分析和仿真结果表明:在期望信号导向矢量存在误差情况下,基于特征空间投影算法的交替极化敏感阵列具有良好的稳健性.交替极化敏感阵列系统复杂度低、更易于工程实现.

一种Ku/K波段宽带圆极化阵列天线的设计

设计了一种基于交叉偶极子的低剖面Ku/K波段圆极化相控阵天线。采用四个寄生贴片和偶极子臂的轮廓为曲线的设计来拓宽阻抗带宽,阵列采用小角度顺序旋转布阵技术来降低轴比。为了更好地集成设计,通过在介质基板中的金属化通孔代替传统的金属背腔,能够增强正z方向的辐射特性,同时能够降低剖面高度。介质基板中间的金属化过孔等效为相同尺寸的同轴线。8×8阵列天线的工作频率为15.5 GHz~23.5 GHz(41%),尺寸为56 mm×56 mm×2.54 mm。在工作频率下,阵列的平均峰值增益为21.3 dBi,并且在phi=0°和phi=90°平面内,扫描角度从-60°到60°,轴比基本小于3 dB。

一种小尺寸极化阵列及其高精度定位波束形成

提出一种偶极子天线单元构成的极化敏感阵列用于全球卫星导航信号的接收,经过阵列信号波束形成后,在抗干扰的同时保留卫星导航信号中载波相位测量值的准确性,可用于基于载波相位测量的高精度差分定位。与传统的圆极化天线阵列相比,该阵列具有阵元构造简单、尺寸小的特点。通过建立极化阵列接收信号模型,分析了天线极化和波束形成算法对卫星导航信号相位的影响,给出了相适应的相位中心稳定的数字波束形成算法。仿真验证了分析的正确性和算法的有效性。

近场源极化阵列信号处理理论与方法的研究

基于极化阵列的信号多参数估计是极化阵列信号处理的一个重要研究内容,它在雷达、声纳、通信和生物医学等领域有着广泛的应用前景。本文讨论了基于高阶循环累积量的极化阵列波达方向(DOA)和参数的新的估计方法——最小范数方法。

极化阵列在TD-SCDMA干扰抑制中的应用研究

从极化阵列的角度出发,文章针对TD-SCDMA的时隙干扰提出了一种新的干扰抑制方法,给出了TD-SCDMA极化阵列模型,详细分析了极化阵列干扰抑制原理,并通过仿真分析波达估计图验证了新方法的有效性和优越性。

一种提高圆极化阵列天线宽角扫描特性的设计方法研究

通过对传统矩形和圆形微带贴片天线单元的仿真与优化,提出了一种低剖面宽波束圆极化阵列天线单元结构。用该天线单元采用顺序旋转布阵得到2×2子阵,再由子阵扩展成为8×8矩形阵列。通过HFSS仿真验证了该阵列天线具备理想的宽角扫描特性和圆极化特性,天线在工作频段内可实现方位360°、俯仰±60°扫描,扫描范围内天线增益波动小于3 dB,轴比小于2.8 dB,同时天线还具有极低的剖面,高度尺寸仅为0.05λ0。针对传统圆极化阵列天线的扫描特性,分析并总结了一种提高宽角扫描特性的设计方法,可在不增加天线剖面的情况下,扩展单元波束宽度并抑制互耦,实现圆极化阵列天线宽角扫描。

基于小孔径极化阵列天线的干扰抑制优化算法研究

本文基于小孔径极化阵列天线,提出一种有色噪声和副瓣的联合处理算法,以解决传统抗干扰阵列天线孔径大难于部署的问题。由于阵列孔径下降,噪声环境和主副瓣性能均有损失,极大影响了抗干扰性能和后续接收的处理能力,通过噪声白化处理和综合学习粒子群算法能够有效改善小孔径阵列的抗干扰性能。理论分析和仿真结果表明,提出的优化算法能够有效改善噪声环境,降低副瓣,提升抗干扰能力,进而提高后端接收机的捕获性能。

基于互质极化敏感阵列的参数降维估计算法

针对互质极化敏感阵列波达方向角(DOA)和极化参数估计中存在的计算复杂度高以及多信源情况下DOA解模糊配对错误问题,本文提出了一种基于模值约束降维求根多重信号分类(MUSIC)的DOA和极化参数联合估计算法。首先通过重构三维谱函数,对DOA和极化参数进行解耦,实现三维MUSIC方法的降维,然后利用多项式求根求解出DOA,并利用波束形成方法解决了互质阵列中存在的解模糊角度错配问题,最后利用极化矢量的模值有界性构造代价函数,推导出极化参数的闭式解。数值仿真结果验证了所提算法的有效性,结果表明,所提算法参数估计精度高于旋转不变技术(ESPRIT),与一维全局谱峰搜索MUSIC(1D-TSS-MUSIC)算法基本相当,但本文算法显著降低了计算复杂度,且在多信源情况下依然可以获得可靠的参数估计。