基于四阶累积量的共形阵列波达方向估计算法

由于共形天线阵列流形的多极化特性(Polarization Diversity),共形阵列天线的信源方位估计需要与信源的极化状态联合进行。分析总结共形阵列天线波达方向(DOA)估计特点的基础上,针对窄带远场非高斯独立信源,提出了一种共形阵列天线盲极化DOA估计算法。该算法利用四阶累积量对阵列口径的扩展性,结合旋转不变子空间(ESPRIT)算法,在信源极化状态未知条件下实现了共形阵列天线的高分辨DOA估计。所提算法的方位估计不需要天线单元方向图以及信源极化状态的任何信息,适用于多种常用共形载体(锥面、柱面以及球面共形载体),具有较为广泛的应用环境。以柱面共形阵列天线DOA估计为例,详细推导了算法机理,给出了算法步骤,计算机Monte Carlo仿真实验验证了所提算法的有效性。     

共形阵列天线信源方位与极化状态的联合估计算法

 针对共形天线阵列流形的特点,提出了共形阵列天线信源方位与极化状态的联合估计算法.算法的方位估计不需要信源极化状态的任何信息,估计精度高、分辨力强,在完成信源方位估计的同时,还可以精确的估计出信源的极化状态,不需要参数配对,实现了共形阵列天线信源方位与极化状态的联合估计.算法仅需要二维参数搜索,计算量比已有的联合估计算法小,且适用于任意共形载体,具有广泛的应用范围.对算法参数估计的理论性能进行了分析推导,给出了参数估计的CRB(Cramer-Rao Bound),并通过Monte-Carlo仿真实验验证了理论分析的正确性与算法的有效性.     

共形阵列非圆信号波达方向估计算法

受共形载体变曲率结构的影响,各天线单元指向不尽相同,使得共形天线阵列呈现极化多样性。因此,共形天线阵列的建模过程中需考虑不同阵元的极化响应特性。基于柱面共形天线阵列的快拍数据模型,利用非圆信号的特性对阵列输出进行扩展,基于秩亏理论和子空间原理实现信号波达方向（DOA）估计,所提方法估计精度高,不需要参数配对。存在相干信源时,提出对扩展后的虚拟阵列进行划分,对划分出的子阵进行虚拟的空间平滑,实现解相干的预处理操作。仿真结果表明该方法能有效应用于柱面共形阵列非圆信号DOA估计,并提高了空间分辨率。      

锥面共形阵列天线盲极化DOA估计算法

 由于共形载体曲率的影响,共形阵列天线中各阵元单元方向图具有不同的指向,使得共形阵列天线具有了多极化特性(Polarization Diversity),为了描述共形阵列天线的多极化特性,通常在共形阵列天线的快拍数据模型中引入阵列入射信号的极化参数,因此共形阵列天线的DOA(Direction-Of-Arrival)估计需要与阵列入射信号极化参数联合估计.本文提出了一种盲极化DOA估计算法,通过在锥面共形阵列天线中设置三对特殊子阵,利用ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)算法,将入射信号极化参数与二维角参数去耦合,在入射信号极化参数未知条件下实现了高分辨DOA估计,并对估计性能进行了理论分析与推导,给出了参数估计的CRB(Cramer-Rao Bound),通过Monte Carlo仿真实验验证了DOA估计算法的有效性.     

共形阵列信号DOA和极化状态联合估计研究

共形阵列是一种与载体表面共形的天线阵列。与平面阵列相比,共形阵列具有对载体电磁性能和动力性能影响小等优点,因此受到人们广泛的关注。受载体曲率影响,共形阵列具有多极性。在信号处理时,必须要考虑信号极化的状态。为此,针对共形阵列信号二维DOA和极化状态联合估计问题,提出了一种基于空时处理的参数估计算法。该算法通过对极化接收数据时域和空域联合处理构造时空DOA矩阵,利用DOA矩阵方法只需一次特征值分解即可获得信号二维DOA和极化状态参数估计。算法对阵列形状要求低,无需谱峰搜索和参数配对,计算量小。最后,以圆台共形阵列为例,通过仿真实验验证了算法的有效性。     

互耦自由度未知柱面共形阵列多参数联合估计

在互耦自由度未知条件下给出了柱面共形阵列多参数联合估计算法。针对柱面共形阵列中多参数相互耦合的难题,首先通过阵列结构设计,利用柱面共形载体单曲率特点,构建ESPRIT子阵,基于一维搜索与ESPRIT算法,实现了互耦自由度和信源俯仰角的估计;在此基础上,结合秩损理论和互耦矩阵的Toeplitz性质,估计出信源的方位角,并对可能出现的方位角模糊进行了分析,给出解模糊方法;最后利用时域ESPRIT算法,完成了极化状态和互耦系数的联合估计。该算法不需要任何互耦和极化的先验信息,也无需参数配对,估计精度高、分辨力强。计算机Monte-Carlo仿真验证了所提算法的有效性。     

三正交分离式极化敏感阵列的波达方向估计

该文研究了分离式极化敏感阵列(SS-PSA)的多目标波达方向(DOA)估计问题。首先建立三正交分离式极化敏感均匀稀疏阵列的信号模型;接着利用阵列的旋转不变性采用ESPRIT算法计算出多值模糊DOA估计;利用该模糊DOA估计值对分离式极化天线进行空间相移的补偿,然后利用共点式极化天线之间的多维角度结构求出对应的虚拟DOA估计;最后通过提取多值模糊估计值和对应虚拟估计值之差的最小范数得到多目标的DOA估计。该文所提阵列采用分离式极化天线代替传统共点式极化天线,降低了阵列的互耦影响;采用稀疏阵列结构有效地扩展了阵列的物理孔径,大大提高了DOA估计精度。计算机仿真结果证明了该算法对分离式极化天线DOA估计的有效性和高精度性。     

共形阵列天线MUSIC算法性能分析

该文在建立了三维共形天线阵列流形的数学模型基础上,将经典高分辨波达方向(DOA)估计方法多重信号分类(MUSIC)算法移植到共形阵列天线中;详细分析推导了MUSIC算法在共形阵列天线 (锥面阵列、柱面阵列、球面阵列)中的估计方差、克拉美-罗界(CRB);通过计算机仿真试验对比MUSIC算法在面阵(均匀线阵、均匀圆阵)与共形阵列中的性能函数以及估计方差,给出了MUSIC 算法在不同阵列形式中DOA估计性能的评估与比较,仿真结果显示MUSIC算法在不同阵列形式中的估计性能均随阵元个数以及信噪比的增加而变好,验证了理论分析的正确性。     

基于部分校准极化敏感阵列的信号DOA和极化参数迭代估计

针对安装于飞机机翼上,具有不同结构极化敏感天线的部分校准阵列,该文提出了一种完全极化电磁波DOA和极化参数的迭代估计方法。该方法基于部分校准阵列,估计阵列误差;然后利用阵列误差,估计单个极化敏感天线的极化导向矢量;最后利用极化导向矢量,估计完全极化电磁波DOA和极化参数。迭代运行上述三步,可以逐步提高估计精度。计算机仿真验证了该方法是收敛的,并且具有良好的鲁棒性。     

未知信源数量DOA估计方法

针对传统阵列天线来波方向（Direction of Arrival,DOA）估计算法需要准确获取信源数量的问题,提出了一种未知信源数量类多重信号分类（Multiple Signal Classification,MUSIC）DOA估计方法。首先根据阵列天线的多个快拍数据估计输入信号自相关矩阵;其次对信号自相关矩阵进行特征值分解,并使用重构相关矩阵的方式实现信号分量的抑制;最后结合传统MUSIC谱估计算法实现未知信源数量条件下的DOA估计。仿真实验表明,所提算法的复杂度较低,且DOA估计误差性能接近传统MUSIC算法。     

新型弹载毫米波微带天线阵的设计

本文利用CST 电磁仿真软件进行设计了一种工作于35GHz 的弹载圆柱共形2X8 微带天线阵列,其在? 50mm ×50mm 共形表面布局6 个同结构的阵列天线,采用分时工作的方式,增大了探测距离,并通过改进阵列排列形式增 加了波瓣宽度。并讨论了平面与共形、改进的阵列排列以及不同圆柱半径对共形天线阵列辐射性能的影响。     

机载圆柱形共形阵雷达杂波抑制方法

针对机载圆柱形共形阵雷达非均匀杂波抑制问题,首先建立了圆柱形共形阵雷达的空时二维杂波模型,分析了共形阵雷达所面临的非均匀杂波环境的特性。然后提出了一种基于最小二乘(Least Square,LS)估计的修正的SMI杂波抑制方法,该方法通过最小二乘方法估计得到杂波协方差矩阵,并以此修正常规SMI算法。仿真表明:与平面阵相比圆柱形共形阵的非均匀引起了杂波自由度的大幅增加,较传统算法具有较强的非均匀杂波抑制能力,且运算量不随系统维数的增加而上升。     

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。     

基于圆柱共形阵的快速来波方向估计

通过子阵分割和虚拟内插技术在圆柱共形阵上实现了快速准确的来波方向估计。在此过程中,共形于金属柱体表面的圆环阵被划分为八个相同的子阵,每一个子阵通过内插,变换为虚拟均匀直线阵,应用旋转不变参数估计技术(ESPRIT)算法和Root-MUSIC算法,可以快速准确地估计出来波方向。仿真结果证实了该方法的有效性。     

柱面共形阵列高性能低复杂度DOA估计算法

针对柱面共形阵列的波达方向(DOA)估计问题,从信号子空间的角度分析了在阵元遮挡下应用多重信号分类(MUSIC)算法的性能缺陷。在此基础上提出通过偏置常数的方法克服经典MUSIC算法的阵元遮挡问题。进一步提出一种基于数据自适应子阵分割的快速DOA估计算法,该方法先利用稀疏采样的偏置MUSIC算法进行DOA预估,依此确定所需要的子阵及二维搜索区域,确定MUSIC算法的搜索范围,进而得到高精确度的DOA估计。利用子阵分割的方法进行DOA估计,避免了经典MUSIC算法因阵元遮挡导致运算量大、精确度低等问题。仿真结果表明,该方法能大幅度降低运算复杂度,同时提高DOA估计精确度。     

柱面共形波导裂缝天线阵列设计

介绍了Ku 波段波导裂缝共形阵列天线，通过控制辐射缝的位置补偿天线柱面共形引入的空间相位差，实现共形天线的有效辐射，分析了辐射缝的位置补偿导致的周期性副瓣。     

一种全向圆柱共形螺旋阵列天线

基于圆柱共形阵列天线的基本理论,提出了一种螺旋圆柱阵列天线,该阵列由两层沿圆柱外壁交错排列的螺旋单元组成,采用矩量法分析了天线的辐射特性。通过优化螺旋单元的个数及分布,得到最优的单层单元数N=18,层间距H=60 mm,使阵列天线在实现高增益的同时,在θ=90°平面上产生360度全向辐射,最大增益Gmax可达7.5 dBi,不圆度C<1.6 dB。