共享孔径多功能宽带阵列天线研究

提出了一种基于子阵天线方向图频谱能量匹配的多子阵交错共享孔径宽带阵列天线设计方法.利用直线阵列天线单元激励与方向图之间存在傅里叶变换的关系,推导出子阵天线工作频率与单元激励之间的解析关系,在匹配各子阵天线激励值的基础上,采用密度加权阵的原理确定子阵天线单元的位置,实现不同工作频率下的子阵天线稀疏交错优化布阵.理论分析与实验仿真证明,该方法能够有效地抑制不同工作频率下子阵天线方向图的旁瓣峰值,使工作在不同频率下稀疏交错布阵的子阵天线方向图旁瓣峰值近似一致,抑制了栅瓣的产生,有效地拓宽了阵列天线的工作频带,实现了宽带阵列天线优化设计.     

基于fast-RVM算法的CACIS型互质阵列DOA估计

针对CACIS型互质阵列的快速、高精度DOA估计问题,提出了一种能够用于复数数据的fast-RVM算法.首先分析了CACIS型阵列结构;其次基于虚拟阵列扩展原理,构建了基于复数数据的稀疏信号模型;最后进行了数据的实数化处理,使其能够适用fast-RVM算法的数据结构.仿真结果表明,本文提出的CACIS型互质阵列DOA估计方法在具有较低运算复杂度的同时,也兼具了较高的DOA估计精度.     

浅海稀疏阵声图测量实验分析

为了研究声图测量过程中由于采用稀疏阵引起的声干涉对聚焦波束形成的影响,分析了声干涉现象产生的原因,对比分析了阵列稀疏对于远场波束形成与近场聚焦波束形成影响的异同,及其对宽带信号及窄带信号影响的异同.根据对比分析认为,近场宽带信号处理的方式受阵列稀疏的影响较小,但实际舰船目标往往含有强线谱信号,因此测量过程预先通过谱白化处理是必要的.对上述宽带稀疏阵的测量方法进行了实验验证,给出了定位结果,结果表明方法切实可行.     

信号稀疏分解降噪在DOA估计中的应用

提出了一种基于稀疏分解的阵列信号降噪方法。该算法是通过匹配跟踪（MP）的稀疏分解对阵列接收信号进行降噪,然后结合一般的MUSIC算法实现DOA估计。首先将对阵列接收数据分阵元通道独立进行基于MP分解的降噪处理,在不改变阵列流型的前提下,达到了对阵列信号降噪的效果,且在实际算法中分析了MP分解迭代终止阈值的确定。通过仿真分析证实了信号MP分解降噪的方法应用于DOA估计中的可行性。仿真结果显示,在低信噪比环境中,基于MP分解降噪后的MUSIC估计方法取得了更好的估计性能,因此证实了该算法的有效性。     

近场MIMO雷达直线阵列的稀疏优化设计

针对目前按PCA原理设计的MIMO雷达稀疏直线阵列天线在近场成像时会产生巨大的累积误差等不足,从MIMO线阵雷达近场成像的几何关系直接推导其信号函数表达式,并优化其线阵的稀疏设计问题,建立了在天线孔径和阵元最小间距等约束下,阵元数目、峰值旁瓣比等目标的优化模型,构建包含两点交换变异等操作的遗传算法进行优化模型求解的方法。设计了染色体基因位置按线阵均匀栅格点序排列、空阵元和发射阵元与接收阵元集成的三进制编码方法,相比常规的发射阵列和接收阵列分置二进制编码方法,染色体的长度缩短了一半,其规模也大大减少。遗传算法的结构及其主要MATLAB程序分析表明,所提出的方法可行。     

基于矩阵填充的互质阵列欠定DOA估计方法

为了解决现有基于互质阵列的DOA估计方法舍弃差联合阵列中非均匀虚拟阵元而导致最大可估计信号数损失的问题,提出了一种基于矩阵填充的DOA估计方法。首先,根据差联合阵列与波程差一一对应的特性,构造一个部分元素缺失的Toeplitz化的阵列协方差矩阵,建立了基于矩阵填充的DOA估计模型,并验证了该模型满足零空间性质;然后,根据低秩矩阵填充理论,将DOA估计问题转化为矩阵核范数最小化问题进行求解,通过不定点延续算法将该协方差矩阵中的零元素进行填充恢复为完整协方差矩阵;最后,对协方差矩阵进行奇异值分解,转化为多项式求根,得到DOA的估计。仿真实验结果验证了本文方法的有效性和优越性。实验结果表明,本文方法能够对差联合阵列中的空洞部分进行有效填充,增加了可利用的阵列自由度,提高了可估计信号数,同时能够有效避免传统稀疏重构算法中由于角度域离散化导致的基不匹配问题对估计性能的影响,提高了估计精度和分辨力。     

基于相同子阵的稀疏阵列方向图综合算法

为了抑制稀疏阵列方向图的栅瓣,提高分布式星栽雷达阵列方向图的性能,对相同子阵组成的稀疏阵列方向图综合进行研究,提出了一种基于相同子阵的稀疏阵列方向图综合算法．首先对予阵级稀疏阵列进行建模,并对其阵列方向图的特性进行分析．然后通过优化子阵级稀疏阵列,实现对方向图栅瓣的抑制．最后通过仿真,验证了该算法的有效性．     

一种等间距圆形阵列的超方向性综合方法

将线形天线阵列超方向性天线综合的概念应用到圆形阵列中,经过理论推导,得到一种圆形阵列的超方向性综合方法。利用该方法得到的圆形超方向性天线阵可以在较小的空间内实现比普通线形天线列更好的方向特性。给出了了解情况个天线单元的圆形阵列分析计算例子。计算结果表明,这种超方向性天线阵较一般的线形超方向性天线阵在方向特性、主波束扫描、前后瓣比等方面有明显的优越性,具有实际应用价值。     

采用压缩感知的阵列失效单元诊断方法

针对现有阵列单元故障诊断方法随阵元数目增多而存在的采样数量大、诊断时间长、计算复杂度高等缺陷,提出了一种采用压缩感知理论的故障诊断方法．该方法基于故障单元数目固有的稀疏性,利用完好阵列和实际阵列激励的差值构造稀疏信号．根据目标方位信息设计测量矩阵的网格划分准则,并通过测量矩阵以随机欠采样方式获取少量测量数据．结合平行坐标下降算法对该稀疏信号进行精确重构,从而实现故障单元的准确诊断．理论分析和仿真实验表明,文中提出的方法不仅明显减少了采样数量,有效缩短了诊断时间,大幅降低了计算复杂度,而且进一步提高了故障信息的重构精度．     

机载稀疏阵天线空时杂波谱的深入研究

针对机载稀疏阵列天线雷达的空时杂波谱特性进行了研究,发现不同的稀疏方法和时域脉冲数都对杂波协方差矩阵的秩以及杂波谱有影响。提出在稀疏后的阵列中如果在任意两个阵元间所含的半波长的个数小于等于时域脉冲的个数,且同时保持总的阵列孔径不变,那么无论稀疏后阵列中还剩余多少个有效阵元,杂波协方差矩阵的秩都保持不变。用数值仿真对多种稀疏方法下的阵列空时杂波谱进行了分析,数值结果与所提理论相一致。     

一种稀布阵列天线的近场波束综合算法

针对由于稀布阵列天线孔径较大导致大多数感兴趣的探测目标位于近场范围内的问题,提出了一种近场情况下的稀布阵列天线波束综合算法．通过采用近场电磁波传播模型,对传播时延表达式进行分析,在给定阵元数目和不同阵元间距约束的条件下,通过差分进化等智能算法实现了控制峰值旁瓣电平的稀布直线阵列综合,同时给出了相应的算法步骤．通过给定场景下的计算机仿真实验验证了算法的有效性和可行性,实现了在较高稀疏率情况下的近场聚焦波束修正和峰值旁瓣电平控制．仿真实验证明,所提算法有效地降低了阵列间距拉开产生的高峰值旁瓣电平,得到了比传统算法更好的旁瓣性能．     

Frequency band synthesis STAP-GMTI system architecture with the reciprocal transceiver

The reduction of the signal bandwidth and sampling frequency is conducive to the realization of antenna array thinness based on the micro system so as to improve the adaptability of the large aperture antenna on the ultra-high speed platform.However,the high-resolution range profile of the ground moving target is required for accurate tracking and recognition of the ground moving target.In order to solve this problem,a system architecture and processing method based on the low instantaneous bandwidth digital array of transceiver reciprocity is proposed,which can realize high resolution ground moving target display(GMTI) by frequency band synthesis.Because the array transceiver reciprocity can realize the coincidence of the equivalent phase center,the phase difference of the target deviated from the beam center does not need to be compensated in the process of bandwidth synthesis,and the precise synthesis of large bandwidth signals can be realized.After the synthesis of the wideband signal,the clutter is suppressed by space-time adaptive processing(STAP) to realize the detection of ground moving targets.Simulation results verify the correctness of the system architecture and processing method.     

基于小波分析的改进旁瓣相消宽带信号波束形成算法

研究了改进的旁瓣相消算法,该算法利用小波滤波器组阻塞接收信号的期望信号分量进行自适应的波束形成。经过改进算法处理后,阵列信号的协方差矩阵中不包含期望信号分量,从而克服了当存在系统误差时自适应波束形成中期望信号相消的问题,并解决了在实际应用中旁瓣相消波束形成算法GSC波束形成算法需要构造与期望信号的导向矢量完全正交的阻塞矩阵的难点问题,从而达到提高系统稳健性能的目的,仿真结果验证了该算法的性能优于传统的MVDR方法和基于MVDR的对角加载方法。     

抑制电离层Es层杂波的辅助天线设计方案

针对高频雷达中电离层Es层杂波的抑制问题,提出了水平极化天线阵列和垂直极化天线阵列两种辅助天线的设计方案.利用电离层Es层杂波信号与目标信号相比具有不同的到达方向和极化方式等特点,使辅助天线阵列对电离层Es层杂波具有一个大的增益,对目标信号有一个小的增益.辅助天线阵列的仿真分析结果表明,辅助天线输出中杂信比的大小会得到显著提高,辅助天线输出中杂信比越高,高频雷达中电离层Es层杂波的抑制效果越好.     

Study of Array Antenna Pattern Synthesis Based on Sparse Sensing

基于稀疏感知的阵列天线方向图综合技术研究

王停^1,2,董轶²,邵国峰²,王凡²

（1.河北工业大学 电子信息学院,天津 300401;

2.中国人民解放军93756部队,天津 300131）

中文摘要：

针对均匀阵列需要大量的阵元才能满足方向图指标要求的问题,本文基于稀疏感知理论提出稀疏阵列方向图综合的方法。首先,对稀疏感知理论中的信号复原方法OMP(Orthogonal Matching Pursuit)算法和EALM (Exact Augmented Lagrange Multiplier)算法进行改进,提出更高效的OMMP( Orthogonal Multi-Matching Pursuit)算法和SEALM(Semi-Exact Augmented Lagrange Multiplier)算法,然后将两种改进算法分别应用于线阵和平面阵方向图综合。两种算法均可以以非常少的阵元来实现要求的方向图。数值仿真验证了所提出两种合成方法的有效性和优越性。此外,与现有稀疏阵列综合方法相比,本文的方法更加稳健和准确,同时保持了易于实现的优点。

关键字：阵列天线;压缩感知;低秩恢复;精确拉格朗日乘子法

     

压缩感知框架下的太阳图像重建方法

研制对日成像天线阵的主要困难体现在有限的预算和天线数目之间的矛盾,如何减少天线数目即降低采样率是重要目标之一.鉴于压缩感知理论能够以远低于奈奎斯特采样定律要求的数据恢复出原始信号和太阳图像的稀疏性,提出了基于压缩感知框架的太阳图像重建方法.通过仿真太阳图像和实际天文图像的成像实验例证了方案的有效性,表明在天线阵天线元数目和阵型确定的情况下,该方案在对相邻点源的分辨能力、对展源的保形能力以及动态范围方面有较优的性能.     

采用间距优化的阵列天线RCS减缩方法研究

将阵列综合思想用于阵列天线雷达散射截面(RCS)的减缩,通过调整非均匀阵列的阵元间距来优化阵列天线的辐射性能与低散射特性．以差分进化(DE)算法作为优化工具,并通过矩量法(MoM)来实现候选解的辐射、散射计算．优化时采用了辐射、散射兼顾的目标函数,给出了具有低副瓣、低散射特性的天线阵列．最后,给出的对称振子阵列和领结阵列的优化实例表明,采用上述方法可使阵列获得5dB以上的RCS减缩．     

CDMA通信中空间滤波和波束赋形的性能

研究了CDMA移动通信系统中基站智能天线阵抗干扰与噪声的性能；推导了上行空间滤波的输出信千比与信噪比，以及下行采用波束赋形时接收天线的输入信千比与信噪比；给出了阵处理相对于单天线的平均信千比增益与信噪比增益估计公式；并分别基于均匀线阵和均匀圆阵，对上行传统空间滤波器和下行传统的波束赋形器的干扰抑制性能进行了数字仿真计算与分析。     

基于小波时间延迟估计的宽带信号波束形成算法研究

在阵列信号接收中,由于信号多径效应,阵列天线接收到不同时间延迟的期望信号,这使得高精度的波束形成技术成为信号处理中的一个难点。该文提出了一种考虑时延的波束形成算法。该算法首先通过小波算法对宽带接收信号进行接收信号时间延迟估计,将时延估计值与预存时延估计值进行误差比较,并对接近期望信号方向的空间多波束进行迭代优化,最后实现在空间中形成整体的自适应波束。仿真结果验证了改进算法的有效性。