多输入多输出雷达低旁瓣发射方向图优化算法

提出了一种基于波束域加权的低旁瓣方向图设计方法。综合考虑方向图匹配性能和发射阵元等功率作为约束条件,建立低旁瓣发射方向图优化模型,采用半正定松弛技术将优化模型转化为凸优化问题;对波束加权矩阵施加对偶约束,使得接收信号满足旋转不变性;利用高斯随机化方法对波束加权矩阵进行求解,得到原优化问题的最优解。仿真结果表明,算法能够保持期望主瓣形状并有效降低方向图旁瓣,提高到达角(DOA)的估计精确度和角度分辨力。     

一种新的MIMO雷达发射波形设计方法

该文提出一种约束基波束权值动态的MIMO雷达发射波形设计方法。首先,构造一组发射波形集并从理论上推导了阵元发射波形的恒模特性,在此基础之上,将各阵元平均发射功率的均匀性控制问题转化为基波束权值动态的定量约束问题;其次,建立了直接约束权值动态的基波束优化模型,利用切线投影法和区域迭代法将其进行凸松弛,并且给出了二阶锥规划子问题和序列锥迭代流程;最后,利用二阶锥规划设计出了基波束的比例系数。所提方法在保证MIMO雷达发射方向图匹配性能的前提下,能够兼顾阵元发射功率均匀性和发射方向图旁瓣功率的性能,因而在设计发射波形时更具灵活性。仿真实验验证了所提方法的有效性。     

多输入多输出雷达发射天线低旁瓣设计

多输入多输出(MIMO)雷达发射波形的多样性,为发射方向图设计提供了更多的自由度。针对阵元等功率条件下获得低旁瓣高增益发射波束的问题,提出了一种采用极小极大准则优化设计发射波形相关矩阵的方法,并将该约束优化问题转换为无约束优化问题,便于采用经典迭代法求解。仿真结果表明:采用极小极大准则设计的发射方向图旁瓣区域平坦,最高旁瓣电平接近理论最低值。最后采用循环(CA)算法,获得易于数字阵列系统实现的相位编码信号,使用该相位编码信号得到的实际发射方向图与理论结果匹配良好。     

利用GA实现非对称稀疏线阵旁瓣电平的优化

该文讨论运用遗传算法综合非对称的稀疏直线阵列(阵元从规则栅格中稀疏)。阵元在中心两侧非对称分布的布阵方式提供了可利用的优化自由度,将更有利于提高稀疏阵列的性能。构造了阵元关于阵中心非对称时优化旁瓣电平的适应度函数,仿真结果表明,无对称约束的阵元排列,不仅可以进一步抑制稀疏线阵的相对旁瓣电平(RSLL),而且当阵列由有向阵元组成时,有益于改善阵列波束扫描过程中RSLL的恶化。     

基于二阶锥优化方法的MIMO阵列发射方向图设计

由于MIMO 阵列发射方向图通常是由期望方向图优化出信号协方差矩阵来实现,其方法运算量大且算法性能依赖参数选取等。该文提出利用基于二阶锥优化(second-order cone programs)方法的主瓣宽度约束条件下最低旁瓣波束形成构造出一组较低旁瓣的基波束,在集中式MIMO阵列的任意发射方向图可以由一组基波束合成的基础上,应用线性规划方法快速求解出构成发射方向图的基波束的比例系数。该方法设计的方向图具有更低的旁瓣和更加平滑的主瓣指向,仿真结果证实了方法的有效性。     

基于虚拟阵叠加原理的阵列抗干扰方法研究

提出了一种基于虚拟阵叠加原理的阵列抗干扰方法。将相控阵列分解成一个主阵列和 N 个虚拟阵列,主阵列采用 Taylor 幅度加权实现低旁瓣电平,并通过相位控制使主波束对准来波方向。虚拟阵列也采用 Taylor 加权,并在主阵列旁瓣上产生 N 个零点,实现阵列的旁瓣对消, 虚拟阵的低旁瓣将减少对阵列主波束的影响,虚拟阵加权后与主阵列叠加最终得到整个阵列抗干扰的幅相权值。文中使用该方法对一个 24 元直线阵进行抗 3 个干扰的设计验证,在 3 个干扰方向实现了小于-100dB 的零点,证实了该方法的有效性。     

基于泰勒分布线阵特殊旁瓣技术的研究

提出了基于泰勒加权分布线阵特殊旁瓣要求的设计方法,其波束图是由给定的旁瓣级要求来设计的泰勒分布波束图,在实际需要的特殊旁瓣要求上,设计满足了要求的最窄波束宽度波束图。给出了相应的参数设计,并证明该设计能在要求的最大旁瓣级上获得最大阵增益。借助计算机对线阵进行波束图设计。结果表明,使用该方法设计的波束图能满足特殊旁瓣要求和最大阵增益。     

一种空间谱估计测向中的低旁瓣电平波束合成算法

基于低旁瓣电平波束合成技术,是在旁瓣区域利用大量的干扰信号控制波束合成,通过迭代形成最优化权向量,主波束指向期望信号方向,旁瓣达到设计要求,使得空间谱估计测向的性能大大提高。该技术不仅适用于园阵也同样适用于线阵。计算机仿真结果证明了这种方法的正确性和有效性。     

基于稀疏矩阵和相关函数联合优化的MIMO-OFDM线性调频波形复用设计与实现方法

多输入多输出合成孔径雷达(Multiple-Input Multiple-Output Synthetic Aperture Radar, MIMO SAR)发射信号应该具有大时间带宽积和良好的模糊函数特性。该文联合优化稀疏矩阵和相关函数来设计多路正交的MIMO SAR 正交频分复用线性调频(OFDM chirp)信号,首先将MIMO SAR波形设计转化为跳频频率与跳频幅度的联合设计,并提出以最小化稀疏矩阵块相关系数及信号互相关峰值和为约束条件,采用迭代搜索法求解最佳编码矩阵;并以最小化信号自相关旁瓣峰值与互相关峰值之和为约束条件,采用遗传算法确定最佳幅度矩阵;最后采用组合优化搜索法设计出最佳信号。文中还分析了发射阵元数目、跳频总间隔数及总频率选择数与信号性能之间的关系。仿真结果表明此方法可以设计多路正交大时间带宽积OFDM chirp信号,同时降低信号的互相关峰值与自相关旁瓣峰值、提高互模糊性能。      

基于粒子群优化的宽带同心圆环阵型优化方法

同心圆环传声器阵列广泛应用于声成像阵列系统,能有效地抑制干扰并确定声源位置。在限定阵元数量、阵列最大孔径和最小阵元间距等条件下,提出了一种利用粒子群算法设计宽带低旁瓣同心圆环传声器阵列的方法。该方法通过构造一个反映宽带信号在扫描区域内旁瓣水平的适应度函数,以圆环半径和阵元偏转角作为联合优化参数,基于粒子群优化算法实现了阵型的快速优化求解。仿真实验表明,该方法获得的优化阵型在扫描范围内的整体旁瓣水平低于以最高旁瓣级为适应度函数得到的最优阵型,也低于仅优化圆环半径获得的最优阵型,这说明了该优化方法的可行性和有效性。     

基于DDS的有源相控阵天线

有源相控阵天线不仅能提高通信系统的性能,而且还能扩充其功能,所以在通信领域的应用越来越广泛.本文介绍一种没有高频移相器的8单元有源相控阵天线系统,它由平面天线阵、数字T/R组件、接收DBF和系统控制分析软件等组成.其基本原理是在发射模式下,利用直接数字合成(DDS)代替传统的高频移相器和衰减器.由于DDS的工作频率比较低,需要通过上变频到系统所需要的工作频率(2.0GHz).在发射模式下,通过控制DDS完成发射波束形成所必需的幅度、相位加权和上变频所必需的本振信号;在接收模式下,则利用DDS技术产生接收信号下变频所必需的本振信号,然后采用DBF技术形成接收波束.文中详细介绍了基于DDS的有源相控阵天线的实现方法和实验结果.通过8单元基于DDS的有源相控阵天线系统的研究,证实了DDS技术在相控阵天线中应用的显著优点和相控阵天线在通信领域具有潜在应用市场.     

基于防撞雷达的分集相控阵设计方法

常规相控阵雷达通过移相发射空间合成的相参信号形成能量聚集的天线方向图,由于收发天线复用因此所合成的天线孔径要低于收发分置的MIMO雷达。该文首先通过理论推导MIMO雷达在探测性能上和相控阵雷达的一致性及区别,指出MIMO雷达的实质优势在于发射波束的数字赋形。然后设计一种基于防撞雷达的分集相控阵,发射端采用相控体制,接收端采用DBF数字波束形成,通过分析移相器位数对该雷达性能的约束,证明在指定波束指向上该雷达在避免产生正交信号的前提下能达到和MIMO雷达相同的虚拟孔径性能。最后通过计算机仿真,验证该方法的有效性和可行性。采用该雷达体制在保证合成波束宽度的前提下,能有效降低接收通道数,从而有效降低雷达成本并提高通道一致性。     

Nonlinearities in digital manifold phased arrays

In digital beamforming (DBF), the phase shifter is functionally replaced with a receiver and digital phase rotation. A Taylor series expansion of mixer nonlinearities is used to generate receiver intermodulation spectrums respective of the element position and the iso-Doppler wavefront directions of signal arrival across the array. The dominant intermodulation distortion at each element experiences linear phase errors across the array proportional to the harmonic number and the desired steering direction phase gradient. The array distortion signals are reduced relative to the desired signal by the array factor sidelobe isolation when desired collimation directions exceed a few beamwidths of scan off the array normal vector. The result of the nonlinear down conversion analysis is extended to inphase and quadrature imbalances and batch manufacturing tolerances for element receivers.     

基于FPGA的智能天线数字波束形成设计

通讯系统的频谱资源日益紧张,智能天线是增加系统容量最有希望的解决方法之一。智能天线的数字波束形成是通讯系统实现空分多址的基础。在介绍了数字波束形成的基本原理基础上,提出了一种基于FPGA实现的实时数字波束形成方法,并使用嵌入式逻辑分析仪进行了实测分析。实验结果表明,该数字波束形成设计能实时调整各通道的幅度和相位,实现数字波束形成。     

基于DSP的高速相控阵波束控制器设计

介绍了基于数字信号处理器(DSP)的宽带延迟线相控阵波束控制器设计方案,提出了一种快速计算波控码的新方法。该方法引入了阵内相位差数据表格,规避了移相值计算涉及的三角函数、除法和浮点运算等复杂计算流程,适于在定点DSP运行。通过计算波束控制码和快速布相,改变了宽带延迟线的真延时,实现了宽带相控阵发射系统的大空间角度波束扫描。     

Beam tagging for control of adaptive transmitting arrays

Conventionally, self-focusing or steering of an adaptive array has always been controlled by signal measurements made in the receiving mode. By the use of beam tagging, a transmitting array can be made adaptive. The signal from each array element is tagged with identifying modulation, and a single sample from the far field can then be analyzed to find control information for the set of transmitting-element phases and amplitudes. The technique can be used with two-way (transmit-receive) arrays or with arrays used solely for transmitting. It can also be used in combination with conventional techniques for controlling adaptive arrays.     

一种宽带恒定束宽DBF技术实现方法

针对常规DBF方法不适用于宽带信号的问题提出一种宽带恒定束宽DBF方法.根据空间重采样理论将均匀线阵视为空间离散采样,利用内插定理得到各阵元在不同频点上的加权系数矩阵.利用维纳滤波理论设计宽带波束合成器拟合加权系数矩阵,实现宽带内波束指向一致,宽度相等.给出了理论分析依据及仿真结果,仿真结果表明了该方法具有计算复杂度低、稳健性强的优点.     

超指向性相控阵列波束形成设计与实现

超指向性相控阵列设计要求阵列具有高指向性,基于对平面阵波束形成与指向性的理论分析,提出了矢量分解阵列设计,使波束形成的方法得到很大的改进,并实现相控阵系统中各阵元发射和接收相位的精确控制.     

发射阵列互耦及幅相误差校正

该文研究了基于发射方向图综合的双基地高频地波超视距雷达发射天线阵互耦、幅度及相位误差模型。根据误差模型的特点,提出一种发射天线阵列误差校正的方法。该方法利用收、发天线之间的直达波信号,采用迭代最小二乘法对发射天线阵误差进行估计。仿真结果验证了该方法的有效性。     

卫星干扰信号转发天线设计

本文介绍了一种高增益卫星信号转发天线,天线阵元采用十字交叉阵子形式,通过宽带功分移相网络实现圆极化,并采用泰勒综合方法优化了阵面方向图。该阵列具备工作频带宽、 高增益和低副瓣等特点。仿真结果表明,该阵列天线增益大于 12 dBi,旁瓣抑制大于 25 dB,轴比小于 3 dB,适用于多种卫星导航干扰信号的转发。