基于扩频信号的MIMO雷达波束形成研究

多输入多输出雷达使用多个发射天线发射独立的信号,使用多个天线接收回波信号,对回波信号进行分离,相当于形成一个大的虚拟阵列。这里使用二进制扩频码分多址信号作为不同发射天线的发射信号。由于编码相关产生的高旁瓣,传统距离压缩方法不能产生恰当的目标距离像。使用Capon波束形成方法来降低距离旁瓣,同时产生更高的角度分辨率,可用于对目标成像。     

基于左手材料的微带阵列天线设计

设计出一种由两个六边形开口谐振环组成的电磁超材料单元,这种新型的电磁超材料单元实现了左手特性。然后优化出一个中心频率为16 GHz的二元阵列微带天线,将左手材料单元置于辐射贴片周围,利用三维电磁仿真软件HFSS对其进行优化仿真,最终制作了一款加载左手材料的微带阵列天线。仿真及实测结果表明,在相同的工作频率下,加载了左手材料的阵列天线与普通阵列天线相比,其谐振点的回波损耗由-32.7 dB减小到-59.7 dB,同时在低频产生了谐振点,实测其旁瓣得到了有效的缩小,主瓣变窄,方向性增强,增益由8.3 dB增加到8.8 dB,提高了天线的多项性能指标,且实测回波损耗与仿真曲线吻合较好,在16 GHz处的增益图与仿真对比大致相同。     

基于微光学阵列差分真时延网络的光学多波束合成系统

提出了一种基于微光学阵列差分真时延网络的光学多波束合成系统,研究了该系统中结构参数与波束形成性能的关系。通过改进基于微光学阵列差分真时延网络的参数,优化了差分真时延网络的初相位以及幅相一致性;通过改进天线单元的参数结构,优化了各个天线单元的方向图,解决了合成波束时容易出现栅瓣及波束较宽的问题。所提系统可抑制栅瓣,得到的旁瓣消光比大于10dB,频率为3.8GHz时的3dB带宽为35°,频率为4.9GHz时3dB带宽为29°,指向误差小于1.5°,频率覆盖范围为2~6GHz。该系统在光学相控阵雷达中具有广阔的应用前景。     

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。     

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。     

缝隙单元的环型阵列天线研究

利用电磁场理论,对缝隙单元的环型阵列天线进行了研究,推导出此新型缝隙单元环型阵列天线的辐射方程、等效导纳方程、辐射倾角方程和反向激励分布方程。通过将这种新型环型缝隙天线应用在旋转信号测量领域,解决了旋转体信号测量产生的信号盲区和测量信号难以传输的难题,为实际设计、生产缝隙单元环型阵列天线提供了理论依据。     

改进CQPSO算法的双频航向信标方向图优化

针对仪表着陆系统中的双频航向信标（localizer,LOC）阵列天线最大旁瓣电平抑制和覆盖性能优化问题,改进了一种混沌量子粒子群（chaos quantum particle swarm optimization,CQPSO）算法,对既定约束的LOC阵列天线方向图进行馈电参数寻优。在分析双频LOC覆盖形成的基础上,剖析了国际民航组织对LOC信号的覆盖要求,获得LOC方向图应满足的约束条件。为提升全局寻优能力和有效避免陷入局部最优,引入混沌思想和加权平均最优位置对CQPSO算法进行改进,使用改进的CQPSO算法对20阵元等间距LOC阵列天线进行约束条件下的馈电参数寻优,并依据所获得的馈电参数仿真分析LOC阵列天线的方向性。仿真实验表明,改进CQPSO算法寻优得到的馈电参数形成的方向图,相比于目前广泛使用的24阵元等间距LOC阵列天线的方向图,在天线数量减少16.67%的情况下,航道信号辐射的最大旁瓣电平降低了3.32 dB,且覆盖性能更好;而相比于目前广泛使用的20阵元不等间距LOC阵列天线的方向图,航道信号辐射的最大旁瓣电平降低了25.55 dB,证明了改进CQPSO算法的有效性。     

周期结构对小型天线阵宽角扫描性能的影响

利用周期结构来改善原阵列天线的辐射特性,新设计的高阻抗周期结构提高了天线阵波束扫描到较宽角度时天线的增益.该周期结构使得天线单元前向辐射有所增强,特别是在阵中情况下单元方向图比没有周期结构时的单元方向图宽很多,因此,在波束扫描到较大的角度时阵列天线的增益下降较少,如在波束扫描到士60°时天线阵列的增益比无周期结构阵列的增益高至少4 dB,新设计的周期结构保证了扫描波束在扫描到较宽角度时天线阵列具有较高的增益.     

基于接地天线的超低频信号全向辐射方法

为了解决超低频无线电信号辐射效率极低的难题,采用接地天线辐射超低频信号。由于接地天线辐射具有方向特性,使用一副接地天线对在不同海域里的水下机动平台进行水下通信时,通信可靠性不能得到保证。因此,提出了接地天线全向辐射超低频信号的方法。该方法首先构建两副相互垂直的接地天线以组成天线阵,然后通过精确地控制组成天线阵的两副接地天线输入电流的相位差,使天线阵在水平各方向上辐射的合成电场均匀一致,从而实现了超低频信号全向辐射。该方法能显著提高超低频通信的可靠性,最适合超低频对水下通信和对水下机动平台通信。在目前众多的超低频发射天线设计方案中,采用该方法构建的天线阵尺寸最小,效率最高,且简单、易于实现全向辐射,这对于推广超低频无线电信号在其他领域的应用是具有重要意义。．     

一款具有稳定扫描波束分辨率的宽视角相控阵天线北大核心CSCD

基于自适应稀疏阵的结构,提出了一种具有宽视角与稳定扫描波束分辨率性能的相控阵天线。阵列单元是可以在相同谐振频率下实现TM;和TM;两种模式共同工作的单激励圆环贴片天线,其具有140°的半功率波束宽度,这种宽波束辐射效果能够较好地拓展相控阵天线的扫描范围。基于此单元构建了一个35元线阵,对其波束扫描分析发现在限定增益波动小于2 dB的条件下阵列扫描范围可以达到-70°~+70°,但主瓣波束宽度随着扫描角度的增加而增大。为解决这个问题,引入了自适应稀疏阵的概念,并采用基于互耦补偿矩阵的迭代快速傅里叶变换(Iterative Fast Fourier Transform,IFFT)技术进行自适应稀疏阵的优化设计。结果表明,所提出的基于自适应稀疏阵结构的35单元相控阵天线在-60°~+60°扫描范围内增益波动始终小于1.5 dB,波束宽度波动小于1°,且峰值旁瓣电平基本保持在-20 dB以下。相较于均匀周期阵列,所提出的自适应稀疏相控阵天线能够在实现低旁瓣宽视角扫描的同时,有效提高天线在宽角度范围内扫描波束分辨率的稳定性。     

Cross-track three apertures millimeter wave SAR side-looking three-dimensional imaging

The airborne cross-track three apertures MilliMeter Wave (MMW) Synthetic Aperture Radar (SAR) side-looking three-Dimensional (3D) imaging is investigated in this paper. Three apertures are distributed along the cross-track direction, and three virtual phase centers will be obtained through one-input and three-output. These three virtual phase centers form a sparse array which can be used to obtain the cross-track resolution. Because the cross-track array is short, the cross-track resolution is low. When the system works in side-looking mode, the cross-track resolution and height resolution will be coupling, and the low cross-track resolution will partly be transformed into the height uncertainty. The beam pattern of the real aperture is used as a weight to improve the Peak to SideLobe Ratio (PSLR) and Integrated SideLobe Ratio (ISLR) of the cross-track sparse array. In order to suppress the high cross-track sidelobes, a weighting preprocessing method is proposed. The 3D images of a point target and a simulation scene are achieved to verify the feasibility of the proposed method. And the imaging result of the real data obtained by the cross-track three-baseline MMW InSAR prototype is presented as a beneficial attempt.     

利用双载频方向图相乘的稀疏均匀阵栅瓣抑制方法

针对稀疏阵列天线间距远大于信号波长导致阵列方向图出现大量栅瓣的问题,该文基于不同载频阵列方向图主瓣与栅瓣相对位置关系存在差异的特性提出一种新型的栅瓣抑制算法。该算法充分利用不同载频回波信息,避免了大规模搜索,有效降低了计算量。首先根据算法原理确定了影响该栅瓣抑制算法性能的因素,然后进一步对影响栅瓣抑制性能的关键参数进行了定量分析,推导得出了栅瓣抑制后峰值旁瓣比(PSLR)与频率差的关系表达式。该表达式为栅瓣抑制快速选择最优频率差提供了理论依据。最后,通过计算机仿真验证了该算法对栅瓣抑制的有效性以及该文所推导的峰值旁瓣比与频率差关系表达式的正确性。     

基于OFDM的多载波调制雷达系统信号处理及检测

该文首先给出了基于OFDM的多载波调制(OFDM-MCM)雷达系统的回波模型,在此基础上推导了系统的匹配滤波输出解析式,分析了系统的检测性能,并通过仿真对比分析了单载波调制(SCM)雷达和OFDM-MCM雷达的脉冲压缩输出积分旁瓣比和接收机工作特性。结果表明,与SCM雷达相比,在测量高速目标时,OFDM-MCM雷达具有更优的脉冲压缩性能和更高的检测概率。     

高分辨率条件下延时有源定标器SAR成像质量分析与校正

延时有源定标器是合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)图像质量评估和辐射定标的关键设备,有源定标器延时技术的采用可以降低本地杂波的影响,提高测量精度。但其点目标成像质量不可避免地会受到延时的影响,尤其在高分辨率条件下更为严重。该文建立了高分辨率条件下延时对有源定标器点目标成像质量影响分析模型,定量地分析了不同延时对有源定标器点目标响应峰值功率、主瓣3 dB宽度、峰值旁瓣比和积分旁瓣比的影响程度,通过研究提出了一种延时影响的校正方法,仿真实验验证了该方法的正确性。     

随机调频信号旁瓣抑制及成像

随机信号的旁瓣抑制问题是研究中的一个难点,通过简单有效的方法来降低随机信号的旁瓣具有较强的现实意义。该文构造出随机调频信号的连续时间模型。从理论上分析了高斯分布以及均匀分布情况下,随机调频信号的均方根带宽及点扩散函数。并采用波数域算法对该信号模型在合成孔径雷达中的应用进行了成像研究。仿真结果验证了对信号模型研究的正确性,结果表明:随机调频信号可以获得比线性调频情况下更低的峰值旁瓣比,应用在合成孔径雷达中具有较好的成像效果。     

一种阵列天线阵元幅相、位置误差校正方法

针对毫米波热辐射信号弱的问题,该文提出一种对存在阵元幅相、位置误差的线阵进行校正的方法。该文基于低信噪比(SNR)的阵列误差模型,利用单个校正源,其信源方向未精确已知,通过旋转天线阵列在多个校正方位测得校正数据,并估计出阵元幅相、位置误差参数,从而对阵列中的阵元幅相、位置误差进行联合校正。该方法运算复杂度低,具有较高的估计精度,校正性能良好。理论分析和计算机仿真结果表明了该文方法的有效性。     

结构误差对天线阵面电性能的影响

基于场耦合的概念,建立了有源相控阵天线阵面的机电耦合模型。天线阵面的阵元布置为环栅阵,仿真计算了阵面因子方向图和阵面方向图。依据此环栅阵,将结构误差加入机电耦合模型,得到结构变形误差,阵面加工误差,累积安装误差对天线阵面电性能的影响数据。研究分析结构误差对天线增益、栅瓣电平、波束指向和波束宽度等天线阵面电性能指标的影响,可知天线阵面对振动的位移响应对电性能的影响满足系统的指标要求,阵面加工误差和累积安装误差对天线阵面电性能的影响较小。     

甚低频系留气球缆绳天线设计实现与效能分析

甚低频系留气球缆绳天线是机动式车载甚低频通信系统的重要组成部分. 该缆绳在作为气球浮空平台系留缆的同时,还需兼具甚低频段电磁波的天线辐射功能. 本文针对甚低频辐射天线的电气特性及物理特性,通过对天线关键参数的计算、不同风速下的缆绳姿态及辐射方向图的设计仿真,在工程上以光电复合系留结构形式进行实现。最终结合理论分析与全系统通信试验数据对甚低频系留气球缆绳天线的辐射效能做出了综合评估,验证了该天线设计的正确性与高效性,为国内甚低频辐射天线的相关研究积累了一定的经验与数据.     

线元天线阵列波束扫描研究

由电磁场理论给出了平面线元天线阵列辐射的瞬态电磁脉冲沿径向坡印亭矢量时间积分的解析解及数值解结果,并利用物理光学理论对所得结果作了对比分析,得到结论:(1)线元天线阵列辐射问题可以简洁地由光栅方程求解;(2)被约束波束的坡印亭矢量时间积分的最大值与阵元数目的平方成正比;(3)保持同一列辐射器元馈电同步,而沿行方向依次作适当馈电时间延迟,可有效将波束控制在预期的很小角域内;(4)保持扫描的半角宽度,线元天线阵列有确定的波束扫描角范围。     

Adaptive array for elimination of multipath interference at HF

A four element adaptive array using a modulated pilot signal added to the communication signal at the transmitter has been constructed and tested at high frequency (HF). The pilot signal modulation was designed to discriminate against undesired HF multipath. The array reduces the strength of undesired modes by spatial nulling, while maintaining response in the direction of the desired mode. The array was used to receive signals that propagated via a 150-mi over-ocean path. The antenna configuration and frequency selection were such that the ground wave and ionospheric modes of propagation were approximately equal. The pilot signal, used as a reference for the adaptive array, consisted of a single tone, phased reversed by a pseudorandom sequence. The bandwidth of the pilot signal was selectable at either 3 kHz or 6 kHz. A pulse sounder was used to measure the response of the array system to the arriving modes. During the test the ground wave1E, 1F_{1}and1F_{2}modes were observed, occasionally simultaneously. The array reference signal could be locked to any arriving mode and the array processor was able to discriminate against all other modes by directing spatial nulls. The reduction in strength of the undesired modes measured during the test was greater than 15 dB.