二维相控阵-MIMO雷达联合发射子阵划分和波束形成设计方法

为了有效地抑制干扰信号并进一步提高雷达系统的性能,该文提出一种基于2维相控阵-MIMO雷达的联合发射子阵划分和波束形成设计方法。该方法首先将MIMO雷达系统的发射阵列等分成一定数目的非重叠子阵并给每个天线分配相同的发射能量,以确保发射信号具有恒模特性;其次,在一定的约束条件下,以最大化接收波束形成器的输出信干噪比为准则建立关于子阵结构、每个子阵对应的发射波束形成权矢量以及接收波束形成权矢量的优化模型,并采用循环迭代方法进行求解。仿真结果证实了所提方法的正确性和有效性。     

基于K-means聚类的相控阵任意形状波束子阵综合方法

传统相控阵由于设计复杂性和成本过高,已经不能满足日益增长的应用需求,子阵划分等技术较好地解决了这个问题。本文提出一种任意形状波束相控阵子阵综合方法,在激励匹配策略下,将子阵综合问题转化为一个子阵布局优化问题,而子阵的复激励可解析地从参考阵列激励计算得到。利用一种无监督聚类K-means方法对子阵布局优化问题进行求解,该方法能同时对子阵的激励幅相进行优化,增加了子阵综合的自由度和灵活性。在任意形状波束子阵综合数值算例中,通过与传统智能优化方法在方向图逼近、激励匹配代价函数、阵列性能参数及计算效率等方面的比较,验证了所提方法的有效性。     

基于最优子阵划分ESPRIT的任意线阵高精度DOA估计算法

为了提高任意阵列的波达方向（direction of arrival, DOA）估计性能,从对子阵阵元选取进行优化的角度出发,提出了基于最优子阵划分旋转不变信号参数估计技术(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques, ESPRIT)的任意线阵高精度DOA估计算法. 该算法首先利用虚拟插值阵列ESPRIT（virtual interpolated array ESPRIT, VIA-ESPRIT）得到精度较低的DOA粗估计. 其次以DOA粗估计为参考对任意阵列进行相位补偿,使其具备旋转不变性. 然后根据ESPRIT算法原理对构建旋转不变方程的子阵划分进行优化,并通过优化后子阵间的旋转不变性得到高精度的DOA估计. 此外,本文还分析了子阵划分对算法估计性能的影响,给出了子阵最优选取的近似计算方法. 计算机仿真结果验证了所提算法的有效性,并表明其性能逼近克拉美·罗界（Cramer-Rao bound, CRB）.     

阵列雷达最优子阵划分研究

在大型的相控阵天线中,为降低系统复杂性及应用成本,需要采用子阵划分技术对天线阵面进行最优划分。首先总结了基于子阵划分的相控阵雷达信号处理流程,在此基础上,从低副瓣的多波束、子阵级自适应干扰抑制等不同方面研究子阵划分技术。对现有子阵划分的研究途径、划分的方法以及各自特点进行研究和归纳。在抑制波束旁瓣方面,建立了求解最优子阵划分的优化数学模型;在自适应抗扰方面,分析了栅零点等影响子阵级自适应处理性能的因素。最后提出了最优子阵划分问题的进一步研究方向。     

基于精确响应控制的子阵波束赋形算法

相控阵多采用子阵划分来减少通道数,针对均匀划分子阵的波束赋形问题进行研究,提出了一种基于精确响应控制的波束赋形方法。具体来讲,首先由输出期望方向图和单个子阵静态方向图得到子阵级期望方向图;在此基础上利用精确阵列响应控制方法计算出最优权向量,使子阵级静态方向图满足于子阵级期望方向图;最终成功实现了均匀划分子阵的波束赋形。所提算法具有实现简单、灵活性强、适用范围广的优点。文中对所提算法进行了仿真验证,充分证实了所提算法的有效性,可以为子阵的实际工程应用提供重要的理论支撑。     

基于粒子群优化算法的非均匀子阵波束形成技术

基于粒子群优化算法提出了一种非均匀子阵波束形成方法。首先利用粒子群优化算法实现线阵最优非均匀划分;其次在线阵最优划分的基础上扩展到面阵最优非均匀划分;最后在面阵最优非均匀划分的基础上在期望区域内形成任意指向的波束。该方法既可以在期望区域内形成任意指向波束,又充分发挥了子阵级波束形成的优势。仿真结果表明该方法是有效的。     

宽带子阵域特征空间稳健对角减载波束形成

针对宽带子阵域自适应波束形成器在实际使用中稳健性下降、对弱信号的检测能力受信噪比限制的问题,提出了一种宽带子阵域特征空间稳健对角减载自适应波束形成方法.首先提出利用子阵域特征空间投影法修正导引向量并得到球形不确定集的估计,再利用RCB（Robust Capon Beamformer）算法得到约束条件下的最优权值.另一方面,利用子阵域互谱密度矩阵的最小特征值作为子阵域非相关噪声功率的估计并进行对角减载,以最优权值对减载矩阵波束形成得到子带波束输出,对每个窄子带重复上述处理,再将结果非相干叠加即可得到本文方法的最终结果.理论及实验分析表明方法能提高自适应波束形成器的稳健性及输出信噪比.     

一种降维空时自适应处理子阵划分方法

针对机载预警雷达降维空时自适应处理的子阵划分问题,提出了一种基于蚁群算法的雷达阵面子阵划分方法。该方法在子阵数给定的情况下,以最大化子阵级空时自适应处理的改善因子为优化准则,利用蚁群算法搜索子阵间的分隔点,从而获取最优的子阵划分方式。子阵划分是一种组合优化问题,蚁群算法非常适合于解决这种问题。仿真结果表明,利用该方法划分子阵并进行子阵级空时自适应处理,其改善因子总体上仅比阵元级的约低2dB,空时自适应方向图无明显的栅瓣,副瓣也较低。     

遗传二进制多粒子群优化算法及其在子阵STAP中的应用

抑制杂波和干扰的子阵空时自适应处理的性能会受子阵方向图栅瓣的影响而严重下降,非均匀子阵划分和子阵权值设计可有效抑制天线方向图的栅瓣,消除STAP性能曲线上的栅凹口.由于子阵划分和子阵权值分别对应于整数和实数变量,使得该问题为一种特殊的混合优化问题.针对该特殊问题本文提出了一种新的遗传二进制多粒子群优化算法-GBMPSO.该算法不仅可处理二进制编码粒子,而且采取了多粒子群共同进化且在同一种群内部进行交叉和变异的机制,有效避免了算法早熟.针对四种典型测试函数的仿真实验表明,GBMPSO算法与二进制PSO算法和遗传算法相比在收敛速度和算法精度上均有明显的优势.最后,给出了该算法在子阵STAP中应用的实例.     

一种基于稀疏约束的稳健波束形成方法

通过分析最优自适应波束形成权矢量的子空间组成,发现最优权仅位于低维的干扰加信号子空间中.一般系统所要抑制的干扰数目远小于系统自由度,因此一旦估计出干扰空间和信号导向矢量,只需求解一个低维的组合矢量即可求得自适应权矢量,同时也极大地降低了计算复杂度.本文首先构造一个完备的干扰加信号子空间（IPSS）,然后对组合矢量进行稀疏约束,找到一组列数最小的信号加干扰子空间来构造自适应权.仿真实验验证了所提算法的有效性和稳健性.     

平面阵子阵级自适应波束形成方法研究

利用遗传算法(GA)将大型阵列划分为非均匀邻接子阵,以主旁瓣比作为适应度函数,并对遗传操作增加约束条件,得到具有栅瓣抑制能力的子阵结构。为进一步抑制平面阵俯仰和方位上的高旁瓣,对平面阵进行两级子阵划分,使平面阵方向图在俯仰和方位上均具有良好的主旁瓣电平比;为消除非均匀子阵结构各子阵通道噪声功率不同对子阵级自适应波束形成算法的影响,通过对阵列协方差矩阵进行奇异值分解、重构特征子空间,提出了基于特征空间重构的子阵级自适应波束形成方法。仿真结果表明了该方法的可行性与有效性。     

基于高斯方向图的二维子阵级相干源超分辨测向

二维子阵级超分辨测向在相控阵雷达中具有重要应用.本文研究适用于相干源的子阵级ML估计方法.提出了子阵级ML估计的信号模型.利用子阵相位中心与增益来构造简化的阵列流形,使相控阵的校正成本与代价得到较大的降低.引入加权网络对子阵输出进行后处理,大大提高了阵列处理的灵活性.构造了高斯模式的子阵方向图.与直接简化的阵列流形方法相比,基于高斯方向图的简化阵列流形方法克服了其测向范围无法调整的局限性,且能更好抑制旁瓣源.仿真结果证实了所提出方法的有效性.     

一种大规模发射阵列的稀布方法

为了提高大规模发射阵列的优化效率和降低大规模发射阵列的散热压力,提出了一种基于子阵和交替迭代的大规模发射阵列稀布阵方法.首先给出了大规模发射阵列基本子阵结构的确定原则,接着建立基于基本子阵结构的优化模型,之后交替迭代地对基本子阵结构的中心位置进行优化,在优化过程中各基本子阵结构的中心位置的移动总是使得发射阵列方向图函数的最大旁瓣最小.仿真实验表明,提出的大规模发射阵列稀布阵方法能够较快地收敛到较优的结果.     

二维子阵级相控阵空间谱估计方法

目前已提出的空间谱估计方法绝大多数需要已知所有阵元的数字化输出信号,即为基于阵元级的方法.我们对应用于相控阵雷达的二维子阵级空间谱估计方法进行了研究.采用简化的阵列流形,只需精确地确定子阵相位中心与增益,大大降低了对相控阵的校正成本与代价.但其有效的方向估计范围只在子阵的3dB波束宽度内,然而与波束扫描相结合可实现任意空间范围内的方向估计.通过引入加权网络对子阵输出进行后处理,提高了阵列处理的灵活性;构造了基于理想子阵方向图的简化阵列流形,克服了直接简化阵列流形方法的测向范围无法调整的局限性,并能更好地抑制旁瓣源.仿真结果证实了所提出方法的有效性.     

二维子阵级ADBF及方向图控制方法研究

该文研究二维子阵级ADBF方法。 提出了适用于平面相控阵的子阵级ADBF的信号模型。给出了由一维阵元级ADBF推广得到的常规的二维子阵级ADBF。 引入了基于子空间投影的二维子阵级ADBF方法,可在无干扰时得到理想的静态方向图, 从而解决了自适应与非自适应工作模式之间的转换问题;而在有干扰时可有效地对干扰进行抑制,与常规方法相比,明显改善了旁瓣电平。仿真结果证明了所提出方法的有效性。     

一种子阵级平面相控阵相干源超分辨新方法

二维子阵级超分辨方法对于多功能相控阵雷达具有重要意义.提出了应用于相干源的子阵级WSF的信号模型.应用简化阵列流形是降低大型相控阵校正成本与代价的十分有效的途径.为此引入子阵级加权网络并构造出基于近似高斯方向图的简化阵列流形,使超分辨测向的灵活性大大提高.该方法克服了直接简化阵列流形方法测向范围无法调整且旁瓣源不能够被完全抑制的缺陷,与基于高斯方向图的简化阵列流形方法相比,运算代价得到显著降低,而测向性能却基本保持不变.仿真结果证实了所提出方法的有效性.     

一种基于粒子群算法的多目标子阵划分优化方法

为了降低硬件成本和系统的复杂度,子阵划分对于大型的相控阵雷达来说是必要的。传统的子阵划分方法主要针对信号处理的单一性能指标优化。针对多项指标优化的问题,本文提出了一种基于粒子群算法的子阵划分结构优化算法,相对于传统的方法能够同时优化多项性能指标,提高信号处理的性能。通过对线性阵列的划分做仿真,展示了粒子群算法对子阵级波束形成多项性能指标的提高。      

基于旁瓣电平和主瓣偏移的光控线性相控阵列子阵数确定方法

在光控相控阵列系统物理模型的基础上,分析了子阵数与旁瓣电平和主瓣偏移的关系,给出了基于旁瓣电平和主瓣偏移相结合的、直接数值搜索子阵数的算法及其实现过程,并通过计算机仿真验证了该方法的正确性.     

子阵模块不同排列对相控阵天线辐射特性的影响分析

辐射单元矩形栅格排列是相控阵天线中最简单的排列方式,也是最常用的一种排列方式。它是把整个阵面划分成许多矩形栅格,每个辐射元占据一个自然格或栅格的交点。而本文对子阵模块间采用三角形栅格而子阵模块内采用矩形栅格的排列方式进行了分析,通过理论分析验证这种排列方式比普通矩形栅格排列有较大优势。