基于改进遗传算法的阵元失效校正方法

阵列天线中阵元失效,其方向图的副瓣电平会升高、主瓣变宽。保留遗传算法前期迭代的最优个体为新初始种群对遗传算法进行改进,以加快收敛速度和防止最佳染色体缺失。并利用基于优势保留的改进遗传算法,针对-40dB 的26 单元阵列,随机缺失3 单元后进行优化,恢复原方向图副瓣水平。结果表明,该算法能够有效减少阵元缺失后方向图的恶化。     

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。     

一种稀布矩形平面阵的多约束优化方法

针对矩形孔径平面稀布阵的多约束优化问题(包括阵元数、阵列孔径和最小阵元间距约束), 提出了一种基于矩阵映射的差分进化算法.该方法把差分进化算法的优化变量与阵元位置坐标按照特定的关系进行矩阵映射, 使含有多约束的阵元分布优化问题转换为仅含差分进化算法优化变量上、下限约束的优化问题, 从根本上避免了进化过程中的不可行解.通过抑制阵列峰值副瓣电平进行仿真实验, 结果显示了该算法的高效性和稳健性, 且能获得比现有方法更好的优化结果.     

基于改进差分进化算法的机载分布式阵列栅瓣抑制方法

近年来,分布式天线阵列以其突破传统布阵环境限制的灵活性/ 高增益性成为阵列研究的热点。对于机载雷达系统,应用分布式天线阵列可以充分利用机身布阵空间资源,提高阵列的增益和空间分辨率。现有分布式优化方法多针对单元间大间距阵列与多子阵分散排布阵列,机载环境下双子阵分布式阵列优化研究极少。文章针对机载双子阵分布式阵列孔径栅瓣密集问题,提出利用差分进化算法并加以改进,实现对机载的分布式阵列栅瓣进行抑制。该方法能够在满足约束条件的同时,有效降低双子阵分布式阵列的高栅瓣问题,同时,阵列的副瓣可以被控制在较低的水平。在一定的子阵间距条件下,阵列的最大副瓣电平可以降低到-10 dB 左右。对优化算法的有效性进行蒙特卡洛实验,结果验证了该方法的可行性。     

非周期阵列天线辐射性能的研究

针对非周期大间距矩形阵列,运用遗传算法对其进行优化布阵和幅度加权,得到各阵元最佳的位置和幅度分布,使得阵列扫描范围内的副瓣电平最低。研究了阵元间距、阵列扫描范围、单元天线波束宽度等3种因素对阵列副瓣电平和增益的影响,得到了各因素对阵列辐射性能影响的规律。通过遗传算法优化得到了扫描范围内副瓣电平最低时的阵元间距,可用于指导工程设计。     

平面稀疏阵列天线的约束优化设计

针对有阵元数和阵列口径约束的矩形平面稀疏阵天线的综合问题,提出了一种基于整数编码的差分进化算法。该方法以每个阵元的栅格位置编号作为设计变量,使阵列的稀疏率满足约束条件,避免了优化过程中的不可行解,还减少了优化变量的个数。为了加速优化过程,采用快速傅里叶变化计算阵列的方向图。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比现有方法相比改善了1.2~1.7 dB,且具有收敛性和稳定性好的优点。     

数字端射阵列栅瓣抑制研究

通过拉大端射天线阵元间距到1．5λ,可以获得组阵高增益,但是引入了栅瓣问题。提出了一种基于最小二乘估计的虚拟内插阵元算法来实现栅瓣抑制。虚拟端射阵列的阵元间距减小到（或者小于）0．5λ,这样栅瓣得到抑制。最后进行试验验证算法的可行性和正确性。试验结果表明：随着虚拟内插端射天线阵元个数的增加,栅瓣明显被抑制,峰值副瓣电平降低。在相邻两个实阵元间内插3个虚拟阵元,虚拟端射阵列保持了实端射阵列高增益,而实阵列峰值副瓣电平为-8．35dB,下降到虚拟阵列峰值副瓣电平为-18．25dB,栅瓣得到有效抑制。试验结果验证了基于最小二乘估计的虚拟内插阵元算法的可行性和正确性。     

多种群首领决策遗传算法优化阵列天线

针对简单遗传算法(Simple Genetic Algorithm,SGA)的不足,提出多种群首领决策遗传算法(Multi-Population Leader Dominating Genetic Algorithm,MPLDGA).通过将普通个体和首领进行交叉、多种群进化等策略,使得MPLDGA具有收敛速度快、全局搜索能力强、消耗时间短等优点.利用该算法,首先优化设计了18元线阵的激励系数,实现了覆盖-5°～25°的余割平方方向图,副瓣电平优于-30 dB.最后,优化设计了具有401个单元的平面稀疏阵列,实现了在稀疏率为60.8％时副瓣电平优于-21.9 dB.     

双频段双极化共孔径阵列馈源反射面天线设计

介绍了一种新型Ku/Ka双频段双极化共孔径阵列馈源偏馈抛物柱反射面天线的设计。在双频段双极化共孔径阵列馈源设计中,Ka波段采用裂缝波导阵,并且位于共孔径馈源阵列的下层,双极化Ku波段采用微带贴片天线、位于共孔径阵列馈源的上层。文中给出了该双频段双极化共孔径阵列馈源的设计及测试结果,并将该测试结果代入偏馈抛物柱反射面天线中在FEKO软件平台上进行了半实物仿真,仿真结果表明,该双频段双极化共孔径阵列馈源偏馈抛物柱反射天线实现了如下设计目标:Ku波段双极化水平面扫描范围为±17°,两个主面副瓣电平优于-30dB,Ka波段水平面扫描范围为±10°,两个主面的副瓣电平优于-30dB,双频段双极化两个主面的波瓣宽度和波束指向完全匹配。     

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。     

稀疏阵列天线综合的遗传算法优化

通过遗传算法优化选择常规满阵中一定比例的工作单元,使阵列在欠饱和状态下达到窄波束低副瓣的要求。以单元的工作状态和激励幅度为优化参量,波束宽度和副瓣电平为适值函数,通过适值缩放和多种群进化竞争使遗传进化稳定地收敛到全局最优。详细分析了稀疏阵的单元布局、稀疏率及单元激励对优化阵列特性的影响。     

阵列方向图综合的一些方法

介绍了几种常用的阵列方向图综合方法。切比雪夫阵列在指定的副瓣电平下主瓣宽度最窄,在指定的主瓣宽度下副瓣电平最低;相位控制技术通过控制阵列各单元的相位实现波束的指向变化;最后介绍了遗传算法并利用遗传算法优化了8元线阵,将其相对副瓣电平抑制到了-50dB。     

一种串馈的非规则天线阵

均匀规则阵列天线的副瓣电平较差,且波束宽度较宽,不太适合于一维高精度相控阵雷达系统.针对这些要求,提出了一种基于串联馈电网络结构的非规则天线阵列.该阵列采用串馈方式,结合带空腔的微波多层板技术,通过带状线缝隙耦合方式,避免了背向辐射,同时获得宽带特性.该阵列采用遗传算法对阵列进行优化,获得低于-18 dB的理论副瓣电平,同时相比均匀规则阵而言,波束宽度仅有0.2°的拓宽.对于20°的波束宽度而言,该波束宽度扩宽量可以忽略不计.该阵列的实测2:1驻波带宽为19.8%,方向图带宽为12.2%,在方向图带宽内,阵列的实测副瓣电平低于-16 dB,阵列的带内测试增益高于11.7 dBi,实测结果和理论设计相吻合,表明该天线阵列适用于一维相控阵天线.     

阵列天线不对称副瓣波束赋形研究

在相控阵天线的应用中,有时需要实现左右不同的副瓣电平。本文提供一种设计方法,通过差分进化算法的优 化能迅速方便的得到所需的幅度相位值,对各个扫描角度实现不同副瓣的波束赋形,使天线在左右的副瓣电平分别为-25 dB 和-35dB。并利用天线阵列和组件做了实验,验证了优化结果的正确性。     

应用于24GHz物位雷达的微带阵列天线设计

为了提高24 GHz物位雷达系统的精度和抗干扰能力,设计并制作了一款高增益、低副瓣、易集成的微带阵列天线。为了抑制天线的副瓣电平,该天线各阵元间的电流采用同相不等幅分布设计;同时,采用两种不同馈线的单元和串并联混合馈电网络,降低了馈电网络的设计难度。实测结果表明,该阵列天线的带宽为690 MHz(23.77~24.46 GHz),最大增益达到20.1 dBi,E面和H面的副瓣电平分别为-20.7 dB和-19.3 dB。该阵列天线结构紧凑、可靠性高,可用于24 GHz物位雷达系统。     

Ka波段大型单脉冲平板缝隙天线的分析与设计

论文所分析的Ka波段平板缝隙阵列天线具有阵面尺寸大(534.89mm×494.3mm)、缝隙多(5 120)的特点,因而对于阵面的设计运用优化总体设计,并运用等效电路法结合电磁仿真软件HFSS得到精确的辐射缝以及耦合缝参数。同时为了减小加工难度,对天线分象限分层分象限进行加工。经过实测验证,测试结果与理论吻合良好,在±300MHz频带范围内驻波小于2,整个阵面的增益均大于42dB,天线的方位副瓣电平达到-22.8dB,俯仰副瓣电平达到-23.8dB,零值深度在俯仰和方位均达到-30dB。     

迭代傅里叶算法用于六边形稀疏阵列天线

针对迭代傅里叶技术在优化稀疏阵列天线时对阵元激励大规模截断带来的不利影响,提出了一种逐步截断的迭代傅里叶算法.该算法从满阵依次减少数个阵元,从而避免阵列大规模截断陷入局部最优解.将其应用到六边形平面天线阵列的稀疏布阵优化中,以改善最大副瓣电平为目的.为了计算六边形天线阵的方向图,通过在口径中添加虚拟阵元转化为可以实现二维傅里叶变换的矩形阵列.仿真结果表明,改进的迭代傅里叶算法对稀疏天线阵最大旁瓣电平的优化比采用遗传算法的结果更理想,且具有计算量小和速度快等优点.     

基于混合变异差分进化算法的均匀面阵稀疏优化

差分进化算法(DE)已被广泛应用于解决稀疏面阵优化问题,针对DE 算法早熟、全局搜索能力差、容易陷于局部最优的问题,提出一种混合变异差分进化算法,通过加入概率因子来平衡算法收敛速度与全局搜索能力,以阵列孔径、阵元数量以及阵元间距为约束条件,将算法中的实数编码转化为二进制编码,以方向图平面峰值旁瓣电平之和最低为目标函数,通过优化后得到的阵元分布,得到稀疏优化阵列的三维方向图。仿真结果表明:该方法在满足约束条件的同时,能够避免算法早熟得到较优的目标函数值,概率因子为算法提供了额外的自由度。     

基于分区迭代傅里叶算法的稀疏阵列天线设计优化

针对迭代傅里叶算法（IFT）在对稀疏阵列天线优化时,阵元不分区域地大规模截断带来的不利影响,介绍了一种分区IFT算法。根据满阵幅度锥削分布计算每个分区域需要的激励阵元数,在算法的截断过程中,对每个分区中按照所需的阵元数对激励幅度较大的阵元进行截断,从而使阵元的密度分布更加接近于满阵的幅度分布,更容易获得相对较低的副瓣电平。将其应用于圆形孔径平面稀疏阵列天线的优化布阵,以抑制阵列天线的峰值副瓣电平为目的,仿真试验表明分区IFT算法可以得到比标准IFT算法更优的结果。     

0-1规划的稀布同心圆阵方法研究

提出了一种基于0-1规划的稀布同心圆阵设计方法.将差分进化算法应用于0-1规划中,截取通过同心圆阵面主波束的多个切面,以切面内远场辐射方向图的副瓣电平、波束宽度和阵列单元数量为目标,降低相控阵成本.文中对一个9环和一个10环同心圆阵进行了仿真计算分析,证实了方法的有效性.使用该方法计算后,9环同心圆阵单元数量由原来的279个减少为161个,副瓣电平由原来的-17.4 dB降低为-20.8 dB,半功率波束宽度增大了0.22°.10环同心圆阵单元数量由原来的341个减少为190个,副瓣电平由原来的-17.4 dB降低为-23.9 dB,半功率波束宽度增大了0.79°.