二维面阵子阵划分及PADBF算法研究

在雷达系统抗干扰优化问题的研究中,自适应数字滤波为主要手段。应用二维面阵子阵划分方法与部分自适应数字波束形成算法中,子阵划分是部分自适应数字波束形成技术为基础。针对二维面阵子阵划分,对降低子阵划分工程实现复杂度大,提出了等功率噪声法与遗传算法(GA)相结合的子阵划分方法,可使同一子阵单元紧密相邻同时避免栅瓣出现。为改善子阵级部分自适应数字波束形成波束旁瓣电平,采用归一法的部分自适应数字波束形成算法,可有效地对干扰进行抑制,显著改善波束旁瓣电平。通过建立二维面阵信号模型,对所提方法进行了计算机仿真,仿真结果证明了所提方法的有效性,可为雷达系统性能优化提供了依据。     

平面阵天线栅瓣性能分析

在相控阵天线设计中,增加阵元间距能提高天线分辨率,但天线波束会出现栅瓣,栅瓣多值性导致目标位置模糊,接收机错误跟踪。因此,阵元间距的合理取值是相控阵天线设计的重要内容。首先建立了阵列天线方向图函数模型,然后推导出矩形阵和三角阵栅瓣出现的位置及不出现栅瓣时阵元间距的取值范围,最后通过MATLAB仿真来验证结论的正确性。     

一种改进的非均匀线列阵宽带波束形成方法

研究无线网络宽带信道优化问题,关于非均匀线列阵可以使用较少的阵元避免栅瓣的出现,针对非均匀线列阵的宽带波束形成问题.采用非均匀线列阵进行宽带波束形成方式,为了使非均匀线列阵在无失真接收信号的同时更好地抑制噪声,需要设计低旁瓣的宽带恒定束宽波束;利用渐近理论宽带非均匀线列阵的设计方法和优化方法相结合,提出了一种改进的宽带非均匀线列阵的设计方法,并给出了一个设计实例.仿真结果表明,方法可以在使用较少阵元数的情况下避免栅瓣的出现,同时得到低旁瓣的宽带恒定束宽波束,更好地满足波束性能要求,提高了宽带性能.     

子阵级LCMV循环优化自适应波束形成算法研究

在传统LCMV波束形成器以及子阵空间部分自适应阵的基础上,提出了一种新颖的降维方法。首先将大规模阵列按照子阵划分的某种规则划分为若干组子阵列,每一组子阵列使用相同的权值。在权值优化过程中,每一次只更新权向量的一部分,通过多次迭代更新使系统搜索得到最优权值,避免了全维相关矩阵的求逆运算。实验结果表明,与传统方法相比,该方法在大规模阵列波束形成时能够获得更高的信干噪比,并减小了求逆矩阵的维数,在一定程度上降低了计算复杂度及硬件成本。     

一种子阵划分方法及子阵级STAP性能分析

对于幅度锥削的均匀线性阵列，本文首先提出了一种有效的基于遗传算法的子阵划分方法，在遗传算法中利用罚函数法避免子阵结构中出现阵元交叉项。然后对子阵级权值进行归一化，使得各子阵级噪声电平相等。最后通过计算机仿真分析了子阵级STAP处理器的性能。仿真结果表明，该子阵结构的天线方向图无明显栅瓣，其STAP杂波抑制性能接近于阵元级STAP处理性能。     

数字子阵级MIMO雷达设计方法

设计并实现了一种集中式数字子阵级MIMO雷达实验系统,该系统在子阵间实现正交二相相位编码信号发射,接收端实现了子阵级发射数字多波束合成与接收数字多波束合成,有效完成了对民航飞机的观测。子阵多波束与子阵正交波形发射成倍简化了系统设计复杂度,具有良好的工程应用价值,使得MIMO雷达功能可作为数字相控阵雷达的典型工作模式在数字阵中推广应用。     

基于仿真退火算法的任意阵列宽带波束形成

提出了基于仿真退火算法优化思想的任意宽带波束设计方法,其期望响应由工作频带划分成的等间隔窄子带上旁瓣波束形成权系数构成。各个子带上的低旁瓣波束则采用基于仿真退火波束形成原理的波束优化设计方法得到。借助计算机对二十四元圆阵进行波束优化设计。结果表明,使用上述方法设计的波束与常规方法相比,获得了更低的旁瓣级和更稳定束宽,充分说明了方法的可行性和有效性。     

组合阵栅瓣抑制方法研究

随着水声探测频带延伸至低频/甚低频段,目前大孔径拖线阵声纳需要处理超过10倍频程的宽带信号.稀疏阵列虽能以较小系统工程代价获得足够窄的波束扫描宽度,但会产生严重的栅瓣效应,使弱目标检测变得困难.为了抑制强十扰的栅瓣效应对弱目标检测的影响,本文将MVDR方法应用于宽带组合阵处理,有效抑制了栅瓣模糊,扩展了处理频带.理论分析表明组合阵MVDR方法与CBF相比,具有显著的栅瓣抑制能力,通过仿真分析和海试数据分析验证了该方法的有效性.     

超增益低频接收基阵仿真研究

研究一种具有超增益性能的单向水听器作阵元的基阵的性能.为改善海水中信号的精度和分辨率,对小尺度阵列稳健的波束形成方法进行了研究.采用不同的算法,求出相应的权矢量,从而得出不同条件下的波束图及阵增益.通过比较优选出所需的权矢量,完成波束形成器的设计.通过仿真比较了四种不同的波束形成算法,分别得出不同信噪比条件下小型化线列阵的波束图.通过对基阵的波束图、增益及稳健性等特性的研究,分析比较了几种波束形成方法的优缺点.仿真结果表明,改进的白噪声增益约束法既可获得高的增益,又具有好的稳健性.     

压差矢量水听器阵波束形成的优化

以各向同性噪声作为背景噪声场,对矢量水听器阵波束形成的优化方法进行了系统的研究.在分析各向同性噪声场中声压、振速相关性的基础上,利用最大信噪比准则推导了基阵的最佳增益与噪声场特性和阵列流形之间的关系,提出利用最佳增益权对阵列接收信号进行波束形成处理.通过对矢量水听器阵进行分解,将最佳增益波束形成引入矢量阵信号处理中.以二维压差矢量水听器阵作为接收基阵进行了仿真计算和湖上试验,结果表明,矢量阵的最佳增益波束形成可以获得性能更优的波束和更大的空间处理增益.     

子阵叠加结构降低宽带阵列副瓣电平方法研究

对于子阵级使用延迟线,单元级使用移相器的阵列,当工作频率改变时,由于子阵级方向图中的栅瓣落入单元级方向图的主瓣区域,使阵列方向图的副瓣电平升高.通过采用子阵叠加结构可以有效降低阵列方向图的副瓣电平.仿真结果表明在子阵叠加结构中,除了在子阵级和单元级使用加权分布降低副瓣电平外,子阵叠加比决定了阵列的副瓣性能.当在子阵级和单元级使用泰勒分布,并且子阵叠加比为2时,工作在宽带、宽角下的阵列可以获得较好的副瓣性能.     

基于蚁群优化算法的非均匀子阵划分技术

对于大型阵列天线应用于空域抗干扰系统中,为了降低硬件成本和减少计算复杂度,一般通过子阵划分技术将整个阵列划分为若干子阵,子阵内部采用模拟波束形成,子阵间采用数字自适应波束形成;由于均匀划分方法的波束形成方向图中存在栅零点,提出一种基于蚁群算法的非均匀子阵划分技术,将阵列最大输出信干噪比作为适应度函数,应用了概率计算与轮盘赌相结合的路径规划方法;结合信息素初始浓度和启发式信息范围,设计了新的适应度函数值与信息素更新的转换关系;最后对所提算法进行仿真,结果表明在不同规模、不同输入干噪比、不同期望信号扫描角度下,所提算法在输出信干噪比上优于均匀划分方法,且没有栅零点产生,与全阵元的自适应波束形成方向图、输出信干噪比相近,验证了该方法的有效性。     

混合MIMO相控阵雷达的交错稀疏阵列设计

针对常规的发射子阵分割会使混合MIMO相控阵雷达的孔径减小和馈电网络复杂度增加的问题,提出一种交错稀疏的发射子阵分割方法,通过寻求最大输出信干噪比的方式获得最佳的阵列结构.首先构建交错稀疏结构下的混合MIMO相控阵雷达模型,运用序列凸近似方法将非凸的目标函数转化为凸函数;然后通过凸优化分别求解出一维和二维混合MIMO相控阵雷达在阵元数目固定和阵元数目作为变量的情况下的最佳阵列结构;最后,通过仿真表明所提出方法不仅可以获得较大的信干噪比和较低的旁瓣电平值,且较常规的子阵分割方式能获得更高的波达方向估计精度.     

基于MOPSO与凸优化算法的稀布圆阵列方向图优化

为了降低稀布阵列的峰值旁瓣电平并抑制稀布阵列的栅瓣,提出了一种多目标粒子群与凸优化相结合的方向图综合算法。该算法将多目标粒子群优化(Multi-objective particles swarm optimization,MOPSO)作为全局搜索器,凸优化算法作为局部搜索器来搜索最优解,优化的变量不仅是阵元的权值,而且还加入了阵元位置这一参数,从而能够提供更多的自由度来控制稀布阵列的性能。基于30阵元的稀布圆形阵列的仿真结果表明：与单纯使用MOPSO算法相比,本文提出的用MOPSO算法优化阵元位置,凸优化算法优化阵元权值的联合优化算法,得到的栅瓣和峰值旁瓣电平都小于-19.3　dB。     

基于微遗传算法的稀疏天线阵列优化方法

为生成无栅瓣、高空间分辨率的方向图,均匀平面阵列使用的天线单元数量很多,实现难度和成本高。稀疏布阵只需要相对较少的单元数目,会出现旁瓣电平升高、测向模糊等问题。通过对天线阵列特性进行分析,以全向一致、无栅瓣、低旁瓣的高分辨方向图为目标,利用微遗传算法对多重圆环阵列单元的位置参数进行优化,性能分析表明综合出的多重圆环阵列具有方位角对称、旁瓣电平低、起伏小的特点,且该算法优化效率高、收敛速度快。     

基于空时自适应处理的多波束抗干扰改进算法

传统的多波束算法无法处理与导航信号来自同一方向的窄带干扰。针对该问题,提出了一种改进的多波束抗干扰算法,级联时频域结合的IIR格型陷波器于多波束抗干扰算法中,通过IIR格型陷波器预测并抑制窄带干扰,通过多波束形成抑制宽带干扰。这种新的算法能有效地抑制窄带和宽带干扰,提升GPS抗干扰接收机的性能。     

一种高性能的二维波达方向估计算法

在二维虚拟ESPRIT算法的基础上,提出了一种高性能的改进算法。改进方法依照子阵数据直接空间平滑的思想对子阵数据进行预处理,用虚拟阵列变换技术实施阵列变换,采用波达方向矩阵法的思路计算二维角度参数。仿真结果表明,相比于空域平滑的DOA矩阵法和空域平滑的二维虚拟ESPRIT算法,该方法在低信噪比情况下对相干信号源具有更好的估计性能,对独立信号源,能够估计出超过子阵阵元数的信号。     

基于凸优化的3D变迹函数水下声呐成像算法

针对水下声呐成像算法中旁瓣电平过高的问题,提出一种基于凸优化的3D变迹函数优化方法,用于成像算法之前,以求在波束形成中获得较低旁瓣电平。利用凸优化算法高效求解满足约束条件的阵元激励权值,将激励权值形成一个3D变迹函数,以幅度变迹的方式作用于各阵元接收的信号,并对幅度变迹后的各阵元接收信号采用延时叠加方法波束形成并成像。以主瓣宽度和峰值旁瓣电平作为衡量波束性能的指标,将所提出方法与切比雪夫窗函数方法和未经变迹函数方法处理进行对比,并进行成像仿真。实验结果表明:所提出方法可以有效地抑制波束峰值旁瓣电平,提高成像对比度。