采用近邻粒子群算法设计非规则曲面微带共形阵

采用近邻粒子群算法设计了一个安装于非规则曲面上的微带共形阵。通过测量安装于非规则曲面上的天线单元的方法，将载体对共形阵的影响计入天线设计中。采用近邻粒子群算法对单元进行了优化，根据优化结果制作了微带共形阵，给出了非规则微带共形阵的驻波曲线和远场方向图。实验结果表明，近邻粒子群算法能够有效地对复杂曲面上安装的共形阵进行设计。     

稀疏共形阵列天线方向图综合

提出一种基于多任务学习的共形阵列天线稀疏优化方法.该方法在考虑单元方向图的全局旋转变换和单元极化状态差异的情况下,建立了共形阵列天线导向矢量模型,结合多任务学习框架,以均匀分布共形阵列天线同一平面上阵元的方向图作为目标任务进行学习,通过稀疏向量支撑区的识别,将欠定的阵列流形矩阵方程转换为超定的特征矩阵方程进行求解,在实现阵列方向图逼近的前提下,建立了共形阵列天线阵元激励与位置联合稀疏优化的多任务学习模型.通过分块坐标下降法对稀布共形阵列天线多任务学习模型进行求解,实现了共形阵列天线的稀疏优化布阵.理论分析与实验仿真证明,该方法能有效减少共形阵的单元数量,简化共形阵列天线结构,获得与均匀分布的共形阵列天线性能一致的天线方向图,解决了稀疏共形阵列天线方向图综合优化设计难题.     

基于约束差分进化的阵列置零

阵列置零的同时,阵列的旁瓣电平升高、主瓣增益降低甚至阵列指向都会发生改变,导致阵列性能降低。针对阵列置零时阵列性能降低问题,提出一种约束优化模型。在约束优化模型中不仅设置了零陷深度约束和近旁瓣电平约束,还设置了阵列期望方向增益约束及阵列指向约束。在满足约束条件下,使得阵列旁瓣电平最低。并且针对标准约束差分进化算法收敛慢,采用自适应约束差分进化(e-SADE)算法,该算法采用多种变异方式相结合、自适应地调节交叉概率和缩放因子。运用自适应约束差分进化分别通过调节阵元相位和阵列功率一定时的阵元权值求解这个约束优化问题,仿真结果表明提出的方法实现了需求的目标方向图,利用自适应约束差分进化算法优化实现阵列置零是有效可行的。     

基于框架理论的最小阵元数稀疏阵综合算法研究

随着越来越高的角度分辨率要求与进一步降低的天线成本,大规模阵列越来越普及。在重量、体积和成本有限时,要获得大孔径天线得到较高的角度分辨率,且尽量减少天线阵元数目,可采用最小阵元稀疏阵设计方法。本文基于框架理论,提出了一种新的最小阵元数的稀疏阵综合方法。该方法将稀疏阵设计问题转化为压缩感知问题模型,然后利用次优反馈的零空间追踪硬阈值算法求解。该方法可同时综合阵元位置与阵元权重来匹配给定的阵列方向图,并可有效降低阵元数。仿真实验证明了算法的正确性和有效性     

共形天线阵元位置误差校正的辅助阵元法

共形天线的安装和测量以及载体平台表面的变形和振动均会引起阵元位置误差,严重影响 共形天线的测向性能。通过设置４个方位未知的精确校正的辅助阵元,实现了共形天线大尺度三维 的阵元位置误差校正。给出了阵元位置误差条件下共形天线导向矢量的方位依赖的幅相误差等效 表示模型;基于子空间原理得到等效的方位依赖的幅相误差估计,进而得到共形天线阵元的三维位 置误差估计。该方法可以实现共形天线校正信源来波方位和阵元三维位置误差的联合但“去耦”估 计。计算机仿真结果验证了共形天线阵元位置误差校正的辅助阵元法的有效性     

On the empirical optimization of antenna arrays

Empirical optimization is an algorithm for the optimization of antenna array performance under realistic conditions, accounting for the effects of mutual coupling and scattering between the elements of the array and the nearby environment. The algorithm can synthesize optimum element spacings and optimum element excitations. It is applicable to arrays of various element types having arbitrary configurations, including phased arrays, conformal arrays and nonuniformly spaced arrays. The method is based on measured or calculated element-pattern data, and proceeds in an iterative fashion to the optimum design. A novel method is presented in which the admittance matrix representing an antenna array, consisting of both active and passive elements, is extracted from the array's element-pattern data. The admittance-matrix formulation incorporated into the empirical optimization algorithm enables optimization of the location of both passive and active elements. The methods also provide data for a linear approximation of coupling as a function of (nonuniform) element locations, and for calculation of element scan impedances. Computational and experimental results are presented that demonstrate the rapid convergence and effectiveness of empirical optimization in achieving realistic antenna array performance optimization.     

大孔径稀布共形阵列天线波束形成方法

针对海用雷达大孔径稀布接收阵列的特点,推导出了共形阵列和直线阵列方向图之间的关系,并基于直线阵列的最佳稀布算法,提出了一种共形阵列的波束综合方法,最后给出了仿真结果。     

基于欧拉旋转和极化投影的共形阵列建模方法

共形阵列建模是共形阵列方向图综合优化、信号处理等研究工作的基础。与传统极化敏感阵列不同,受共形载体曲率影响,共形天线单元呈现多极化特性,共形阵列建模不仅要考虑空域导向矢量,还应考虑入射信号极化矢量在阵元极化方向图上的投影,这也是共形阵列建模的重点和难点。针对该问题,本文在利用欧拉旋转得到阵元局部方向图表示的基础上,给出了入射信号极化矢量在全局和局部坐标系下向阵元极化方向图极化投影的三种方法,完善了共形阵列建模理论,分析了不同建模方法的复杂度,并利用全局坐标系极化投影方法将广义信号子空间拟合算法应用于共形阵列。仿真结果表明,本文方法与全局极坐标系极化投影方法得到的共形阵列模型具有一致性,且不同建模方法对不同应用场景具有各自的适用性。      

基于改进差分进化算法的合成孔径圆阵优化

天线阵列设计是合成孔径辐射计的一项关键技术。圆阵可以实现零冗余基线分布,具有结构简单、 易于与平台共形等特点,是当前广泛关注和应用的合成孔径辐射计天线阵列形式之一。针对以u-v 覆盖均匀程度最 大化为目标的合成孔径圆阵优化问题,利用一个新的目标函数,提出了一种基于改进差分进化算法的优化方法. 新 的目标函数具有计算量小和u-v 覆盖均匀程度衡量精度高的优点,并且改进的算法可以保持种群规模。典型的数值 仿真结果给出了16 ~40 个天线单元的优化圆阵排列, 验证了本文方法的有效性。     

箭载共形相控阵天线波控系统设计分析

为完成适用于天基测控的箭载共形相控阵天线对波束指向控制的需求,分析了箭载天线波控系统的设计要求与任务,论述了平面相控阵天线波控系统的实现方法,并根据波控系统基本原理推导出基于阵因子函数的箭载共形相控阵天线波控算法。针对运载火箭天基测控这一新需求提出了基于查表法的集中式波控设计方案,给出了系统设计方法。样机测试结果表明,该波控系统方案正确、可行,满足工程需求。     

锥体共形相控阵天线的特性分析

基于电磁场理论推导了锥体共形相控阵天线的阵因子。与平面相控阵天线相比,锥体共形相控阵天线单元间的空 间相位差既与阵元的轴向位置有关,又与阵元的周向位置有关。因此,在进行锥体共形相控阵天线设计时,除采用二维相 控阵形式外,尽量避免采用一维相扫锥体共形相控阵天线。     

共形阵列天线互耦校正的辅助阵元法

 针对共形天线载体曲率和单元方向图指向的变化,建立了三维共形天线导向矢量的数学模型;推导了阵列互耦与方位依赖幅相误差的等价关系;通过引入少量远离共形载体的辅助阵元和方向未知的校正信源,提出了共形阵列天线互耦校正的辅助阵元法.辅助阵元法只需要参数的一维搜索和线性方程组求解,可以实现校正信源方位和共形天线互耦系数的联合估计.计算机Monte-Carlo仿真实验验证了辅助阵元法互耦校正的有效性.     

平面六边形稀疏阵列天线的优化

针对标准的差分进化算法只能处理连续空间的优化问题,提出了一种基于取整策略的差分进化算法。该方法只需要对优化变量进行四舍五入取整,就能够把标准差分进化算法用于稀疏阵列天线方向图优化。将取整策略的差分进化算法应用到六边形平面稀疏天线阵的布阵设计。为了计算六边形阵列天线的方向图,提出在口径中添加虚拟单元的计算模型,把六边形阵列转化为可以实现二维快速傅里叶变换的矩形阵列。以改善阵列峰值副瓣电平为目的进行仿真试验,结果表明,优化后的稀疏天线阵峰值旁瓣电平与采用遗传算法相比改善了4.5~5.1 dB,且具有计算速度快、稳定性好的优点。     

基于插值算子自适应混合差分进化算法的八木天线优化设计

本文采用插值算子自适应混合差分进化算法对六元八木天线进行优化设计。首先介绍了插值算子自适应混合差分进化算法的原理和实现流程,然后采用该算法优化设计了六元八木天线的增益,以振子的长度和振子的间距为优化变量,获得优于其它算法的结果。考虑工程实际的匹配阻抗问题,同时优化八木天线的增益和阻抗,同样获得了较优的结果。结果表明该方法可有效应用于八木天线的工程设计当中,为该类天线设计提供了新的设计方法。     

基于DEA的圆阵旁瓣电平优化方法

由于圆形阵列所具有的特性,使其正得到日益广泛的应用,但是圆阵方向图却具有相对主瓣较高的旁瓣电平。为此,文中针对均匀圆形阵列的天线单元,应用差分进化算法,分别进行唯相位、唯幅度、相位一幅度的方向图综合方法,进行旁瓣电平的优化。仿真结果表明：这些方法可有效地降低圆阵的旁瓣电平,为解决此类问题提供了有益的参考。     

毫米波锥面共形相控阵天线的仿真与优化*

以弹载共形相控阵雷达导引头天线为应用背景,在未考虑极化的情况下,首先推导了任意共形天线单元方向图从局部极坐标系到全局极坐标系转换的一种实用方法;然后采用凹槽加载的中心馈电方式设计了毫米波锥面共形微带天线单元,并建立锥面共形相控阵天线模型,推导了锥面共形天线阵列的导向矢量及其方向图函数;最后采用能量迭代法对15 阵元的锥面共形相控阵天线方向图进行了仿真优化,在副瓣电平约束和零点约束两种情况下,分别给出了相应最优加权矢量的求解方法,实现了对方向图波束指向、副瓣电平以及零点的控制。     

基于差分进化算法的阵列天线波束赋形研究

在阵列天线波束赋形设计中,通常方法是对阵列的阵因子进行分析,这类方法没有考虑阵列单元的影响,所设计的波束形状与要求的有一定差异。本文将差分进化算法(DE)与高频电磁仿真软件HFSS相结合,分析阵中每个单元的影响,减少波束赋形结果与天线实际方向图之间的差异。文中对一个微带缝隙阵列天线进行了低副瓣优化设计,设计结果和HFSS仿真结果吻合良好,两者之间差异在0.3dB范围之内,验证了设计方法的可行性。     

共形微带天线相控阵阵列的仿真优化设计

针对平面阵列天线的诸多缺点,设计了适用于工作频段34～36GHz的共形相控阵天线。依据共形微带天线阵列的设计思想及方法,选取了柱面微带贴片天线做阵列辐射单元,通过CST软件对天线的几何尺寸进行仿真和优化设计,得出了共形天线阵的各种性能指标。仿真结果表明：在该毫米波波段下设计的共形相控天线具有优良的性能,为今后设计出最优的天线阵提供了依据。     

相控阵天线外形优化缩减RCS研究

隐身武器平台对其装备的相控阵天线提出了超低RCS的要求,对影响相控阵天线RCS的因素进行了分析,对缩减RCS的各种措施进行了讨论。针对优化外形布局来缩减相控阵天线RCS,文中提出了一种差分进化算法,该方法用一组多项式描述天线阵列的外形轮廓,用差分进化算法对多项式的系数进行优化。该方法的目标函数可以根据需要灵活设置,最终得到的阵列外形连续,适合工程应用。并给出了1000 阵元阵列的应用实例,对仿真结果进行了分析。     

Antenna Pattern Correction Technique Based on an Adaptive Array Algorithm

An antenna pattern correction technique is presented that is based on an adaptive array algorithm. In the method, the antenna pattern of the antenna under test (AUT) is measured several times at different positions in the quiet-zone. The corrected antenna pattern is obtained by taking a weighted average of the measured patterns. An array synthesis algorithm is employed for obtaining the averaging weights at each rotation angle of the AUT. The weights are adapted specifically for a given AUT. The adaptive array correction technique is demonstrated in a hologram based compact antenna test range (CATR) at 310 GHz with both a synthetic antenna and a physical test antenna. For verification, the accuracy provided by the adaptive array correction technique is compared to that provided by uniform weighting.