UWB MIMO穿墙雷达的阵列设计和成像方法

利用多发多收(MIMO)方式对超宽带(UWB)穿墙成像雷达天线阵列进行稀疏化处理不失为一种很好的选择。该文从成像模型出发,分析了UWB MIMO天线阵的等效接收阵列问题,给出了基于空间卷积理论的UWB MIMO阵列设计方法,仿真验证了方法的有效性和在穿墙成像系统中应用的可行性。此外,提出了相干系数加权稳健Capon波束形成的自适应成像方法,理论分析和实验结果表明该方法能够获得较高的分辨率和图像信噪比。     

虚拟孔径天线配置及其成像性能研究

合成孔径雷达可以获取2维高分辨雷达图像,但只能工作在侧视模式,不能进行前视成像,也不能对静止和运动目标同时聚焦。针对上述雷达成像中的新问题,基于多发射多接收原理的虚拟孔径是一条有效的解决途径。该文研究了虚拟孔径成像中的天线配置及成像方法,比较了不同天线配置下的直线虚拟孔径成像性能。从理论上证明了两个发射单元分别置于接收线阵两端是一种有效的直线虚拟孔径天线配置方案,推导了这种天线配置下的成像分辨率解析表达式,并通过实测数据进行了验证。     

小型超宽带平面天线阵列设计与优化

提出了一种小型超宽带(UWB)平面天线阵列并进行了优化.首先设计了两个不同的UWB天线单元方案:印刷天线-Vivaldi天线、平板天线-平面螺旋天线,并通过对比选择螺旋天线单元作为组阵单元.对该天线阵列的回波损耗、3D辐射图、方向图进行了仿真计算和设计.结果该天线阵列在6 ～ 10GHz内具有较好的定向辐射特性,增益达到15dB.进一步优化单元空间分布结构,使天线在相应频段内具有更佳的方向性.通过调整各个馈源的相位差,在不失去增益的同时,可以控制波束的偏转.     

球面近场下相控阵天线口径诊断研究

在近场测量系统中,天线口径诊断是其中一项重要功能,它能够帮助天线设计师发现相控阵天线设计或者网络配置问题.平面近场中的口径诊断技术已经广泛地应用在雷达天线测试中,在球面近场测量中同样需要这种算法.本文基于球面坐标系下电磁场模式方法,得到球面近场条件下的口径反演算法.在仿真模型中计算得到了被测天线的口径场分布,计算结果与理论模型结果吻合.对X波段阵列天线进行了实际测试,得到了不同配置下的阵列天线口径反演结果,经过数据比对,证明了本文算法的幅度反演精度优于1 dB.     

基于跨航向稀疏阵列的机载下视MIMO 3D-SAR三维成像算法

基于阵列天线的SAR 3维成像技术是实现SAR 3维高分辨成像的重要方式之一。该文通过沿飞行平台跨航向稀疏地布置多个收发天线阵列单元,构造了跨航向稀疏下视阵列天线构型的MIMO(多发多收)机载3D-SAR,并分析了跨航向稀疏下视阵列MIMO机载3D-SAR的成像几何、3维回波信号模型,提出了适用于跨航向稀疏下视阵列MIMO机载3D-SAR的3维成像算法,最后通过仿真实验验证了算法的有效性并对结果进行了分析。     

临近空间MIMO STAP阵列优化和正交编码分集研究

临近空间MIMO雷达可实现高分辨率、大测绘带成像和高性能动目标显示功能。针对MIMO雷达动目标显示中均匀阵列性能较差、稀疏阵列会导致栅瓣进而出现盲速和一定尺寸平台上天线长度受限的问题,提出了以降低最小可检测速度为准则的MIMO天线阵列优化设计方法,通过对长度限制条件下的发射、接收天线阵列的联合优化,结合具有良好自相关和互相关性能的二相编码正交信号,实现了尺寸受限平台上MIMO雷达STAP功能。仿真比较分析了不同天线阵列结构下的STAP性能,验证了本文方法的有效性。      

相位中心偏差对机载阵列天线下视3D-SAR成像影响分析

阵列下视3D-SAR采用阵列天线实现3维分辨成像,阵列天线包含的大量阵元天线不可避免地会存在相位中心偏差,这会在回波信号中引入相位误差,影响阵列下视3D-SAR 3维成像。该文首先建立了相位中心偏差分析模型,然后在此基础上采用随机过程正交展开法,基于标准勒让德正交基将相位中心偏差带来的回波相位误差展开为正交多项式,分析了其对图像主副瓣性能及对比度的影响,并给出了统计规律上的积分旁瓣比与相位中心偏差方差的关系。最后通过仿真结果验证了理论分析的有效性。     

基于空间分集的TH-UWB系统性能分析

为了提高UWB系统在低信噪比下的性能,利用IEEE 802.15.3a工作组建议的标准UWB室内信道模型,采用多个接收天线分析了二进制TH-PPM超宽带系统性能的改善。在理想功率控制下,分别采用不同数目的接收天线和不同SRake接收机选择路径数,对2PPM-TH-UWB系统性能进行了分析和仿真。仿真结果表明,随着天线数和选择路径数的增加,系统性能均明显提高,并且空间分集比路径分集对系统性能有更好的改善。     

一种应用于同时同频全双工阵列的UWB天线单元

分析了一种有限地共面波导结构的超短带(Ultra-wideband,UWB)槽天线单元,以及作为天线单元结构在同时同频全双工天线阵列中的应用情况。从阻抗匹配和辐射原理角度对该天线单元进行原理阐述,从全波电磁仿真层面进行分析计算,研制出原理样机进行测试验证。实测结果表明,与仿真分析一致,在8～18 GHz范围内测得的方向图与仿真分析结果具有较好的一致性。     

直升机载弧形阵列MIMO微波成像技术研究

该文提出了一种新的基于弧形阵列直升机载MIMO微波成像模式,利用平台下方水平布置的弧形阵列天线,通过MIMO信号收发机制快速实现弧形孔径合成,获取平台周围观测区域的高时间高空间分辨率2维图像。文章详细介绍了弧形阵列微波成像的工作原理,建立了相应的成像信号模型,研究了基于共焦投影技术的弧形阵列微波成像算法,分析了该成像模式的成像性能;最后,通过计算机仿真验证了该成像模式的可行性和有效性。      

基于子阵划分的二维穿墙MIMO阵列设计

穿墙三维成像中,不同的阵列构架会直接影响阵列性能及其适用环境。利用等效阵列原理设计二维多输入多输出(MIMO)阵列,在具体分析一维STVA阵列具有最短物理尺寸的原理上,提出了利用子阵划分的方法解决等效阵列到MIMO阵列的去卷积问题。针对去卷积后得到多种MIMO阵列构型的择优问题,提出了综合尺寸的概念,利用子阵划分后的部分信息衡量去卷积后MIMO阵列的物理尺寸,最后将这种方法推广至二维MIMO阵列,设计出适用于穿墙成像的二维UWB-MIMO阵列,利用仿真实验验证了其在穿墙三维成像中的优异性能。     

近场雷达成像非均匀稀疏阵设计

阵列设计作为多输入多输出(MIMO)雷达成像系统中的一项关键技术直接影响系统成像性能。为了解决阵元数目、结构与成像质量的关系问题,研究了近场MIMO收发稀疏阵的点扩展函数,研究了合成阵列中栅瓣的位置,探讨了基于等效阵列概念的MIMO阵列设计方法,优化了基于远场条件设计的稀疏阵,并讨论了近场效应对成像结果的影响。仿真结果表明：优化后的阵列在120~150 GHz栅瓣水平可以抑制到-50 dB。     

宽带相控阵天线延迟线分析

采用频率无关移相器的相控阵天线的波束指向会随频率发生变化,实时延迟线是提高宽带相控阵天线波束指向精度的重要方法。分析了子阵级采用延迟线,单元级使用移相器的宽带相控阵天线副辫特性,发现当工作频率改变时,由于阵列存在周期相位误差导致天线副瓣电平抬高。针对此问题,提出单元级精细延迟线方案,消除周期相位误差对天线副瓣的影响。仿真结果表明,这种方法在扩展相控阵天线带宽的同时,明显改善了天线的副瓣特性。     

改进的多通道系统频域信道均衡算法

在多通道系统中,通道之间的幅相不一致性往往会使系统的性能恶化。在基于阵列天线波束形成过程中,各通道之间的幅相不一致性会使阵列波束方向图发生畸变;在基于阵列的测向系统中,通道之间的不一致性会使测向伪谱噪底抬高,分辨率降低,因此进行信道均衡就显得特别重要。针对宽带多通道系统,在常规频域均衡算法的基础上提出了改进的频域均衡算法。本算法利用频域采样抽取的思想,并充分利用快速傅里叶变换(FFT)和快速傅里叶逆变换(IFFT)避免了矩阵乘法和求逆运算,大大降低了计算量,利于实际工程实现。仿真分析了该均衡算法的性能,验证了其有效性。     

卫星多波束天线不规则馈元阵形赋形的研究

本文着重研究了卫星多波束天线馈元阵的形状对赋形的影响.首先证明了常用的通用阵形中存在着对赋形没有贡献的冗余馈元,进而提出采用没有冗余馈元的不规则阵形来赋形以减小馈元数量的思路,并进一步证明了不规则阵和相应的规则阵在同样条件下,用同一种赋形算法,有着同样的赋形效果,最后给出了由通用规则阵得到相应不规则阵的简单而有效的方法.     

基于十字阵的MIMO雷达的二维DOA估计

多输入多输出（MIMO）雷达使用多个天线同时发射独立波形,在不同位置的目标回波彼此线性独立,以获得较好的空间分辨率。文章提出了基于收发不共位的线阵在水平面内构成十字阵的MIMO雷达信号模型;研究利用MUSIC算法来估计该模型下的MIMO雷达的二维波达角;分析了基于均匀十字阵的MIMO雷达的优越性,并探讨了十字阵MIMO雷达性能与阵元间距的关系,仿真表明,在满足远场条件下,均匀十字阵比均匀线阵可以估计更多的目标而且精度更高;通过非均匀布阵,可以进一步提高MIMO雷达的二维波达角的估计精度。     

Antennas for Short Distance Communications in Cryogenic Environment

Sets of bow-tie antennas, used in a single emitter-receiver near-field configuration and in array configuration, have been studied to be used as wireless means to transmit 8–12 GHz microwave signals from the cold stage of a cryogenic system to a room-temperature processing unit. Indeed, the absence of heat conduction allows increasing the performance of cryogenic systems and open the way to multichannel microwave systems that are necessary for imagers. Transmission loss has been found to be lower than 3 dB over a 1.5 GHz bandwidth while crosstalk in the array configuration is kept below ?20 dB when antennas are located at around 90 mm transversally from each other.     

Interference rejection capabilities of different types of arrayantennas in cellular systems

The suitable use of array antennas in cellular systems results in improvement in the signal-to-interference ratio (SIR). This property is the basis for introducing smart or adaptive antenna systems. In general, the SIR depends on the array configuration and is a function of the direction of the desired user and interferers. Here, the SIR performance for linear and circular arrays is analysed and compared     

改进遗传算法优化MIMO稀布阵列

为了解决多输入多输出(MIMO)天线阵列由于阵元间隔过大造成的阵列方向图出现栅瓣,在雷达回波成像时出现影响目标识别的虚假目标的问题,提出了一种改进的遗传算法对阵列排布进行优化。在传统标准遗传算法上进行改进,用多个矩阵组合表示MIMO阵列,针对在矩形平面随机分布的稀疏阵列的方向图旁瓣问题进行优化设计,并采用基于Logistic混沌序列的方法产生种群扰动,避免优化过程进入局部最优状态。通过实例对比22发射天线22接收天线的均匀规则排布MIMO阵列和经改进遗传算法优化的稀布MIMO阵列,结果表明,改进遗传算法可以有效解决规则排布阵列方向图中出现的栅瓣,并且降低方向图旁瓣,提高雷达成像性能。该优化算法变量可控,具有很强的实用性,为MIMO雷达的阵列排布提供了解决方法。     

天线阵列编码合成孔径成像

合成孔径雷达(SAR)方位理论分辨率为天线长度的二分之一,使得SAR高分辨率、远距离成像对天线的要求相互矛盾。该文提出了对天线阵列编码的合成孔径成像方法,通过将长天线分解为子阵、发射不同的信号进行阵列编码、协同工作,提高空间能量利用率,实现子阵小天线的高分辨率以及全阵列长天线的高增益,从而解决了高分辨率与远距离成像难以同时兼顾的问题。在介绍阵列编码基本概念的基础上,给出了阵列编码雷达成像模型及处理流程,对系统的分辨率、信噪比、脉冲重复频率(PRF)及距离方位模糊等性能进行了理论分析与探讨。在飞行测试实验中,用4个子阵获取了方位分辨率优于0.1 m、幅宽超过8 km的连续条带图像,打破了传统SAR采用聚束模式实现高分辨率时只能小范围成像的制约,新方法为解决传统SAR的原理限制问题提供了有效的途径。同时,通过阵列编码扩展了信号维度,为雷达系统能力的增强提供了技术基础。理论分析及实验结果验证了该文天线阵列编码方法的显著优势及工程实现的可行性。