天线阵列方向图的一种数值综合算法

本文提出了一种新型阵列综合算法，目标方向图迭代算法。这种算法与现有的阵列综合方法不同，它通过对目标方向图的迭代来调整实际方向图的形状，是一种纯数值的阵列综合算法。这种算法适用于任意结构阵列的方向图综合，计算效率高，可以满足实际工程的需要。作为验证，本文综合了一些具有代表性的天线阵列，给出了计算结果，并对结果进行了讨论。     

基于方向图拓展和FFT的阵列快速综合法

基于阵列方向图自身的周期特性，将方向图近似地拓展至不可见区域，使任意间隔阵列的方向矢量成为空间正交基，以便采用快速傅利叶变换算法，并通过迭代过程中迭代目标方向图的逐次改变，最终实现了阵列方向图的快速综合。数值计算结果和计算量分析表明，和现有方法比较，算法的收敛速度获得了很大的提高。这对于大规模的阵列，其优越性更加明显。     

考虑互耦影响的阵列综合

阵列天线综合一般是基于理想的单元天线方向图，而不考虑阵元间的互耦。本文提出了一种考虑互耦的基于遗传算法的阵列天线综合方法。该方法首先利用商用仿真软件分别计算阵列中各个阵元在阵列中的方向图，再通过遗传算法优化出目标方向图。通过实例比较可以看出，这种方法能够比较精确的仿真计算阵列的方向图，易于在工程上实现高性能的天线阵列系统。     

一种超方向性阵列天线综合方法

以往的阵列综合方法不能在获得高的方向性系数的同时保证外部噪声占优,不能用于超方向性阵列综合 .本文提出了一种新的阵列综合方法,该方法适用于任意阵列形式,以最大化阵列方向性系数为目标,通过对阵列效率的约束保证了外部噪声占优的条件,并通过迭代控制了方向图的旁瓣,实现了阵列效率和旁瓣约束下的方向性系数最优化,很好地满足了超方向性阵列综合的要求 .对多种阵列的综合结果表明了这种方法的有效性和灵活性 .     

二维阵列天线方向图综合算法研究

在阵列天线的应用中,需要控制阵列天线的方向图达到合适的副瓣电平要求。本文在对已有的一维阵列方向图综合算法进行研究的基础上,给出了一种基于自适应阵列信号处理理论的二维阵列天线方向图的综合算法,将待综合阵列假想为自适应阵列,通过不断调节对阵列施加的干扰,再由自适应算法调节阵列权值,最终得到合适的方向图。     

基于副瓣峰值控制的天线阵方向图综合

在干扰入射方向,自适应天线阵方向图会产生零陷,使副瓣电平降低。根据自适应阵列的这一特性,应用一种基于最大输出信噪比准则的改进自适应算法对天线阵进行方向图综合。假定有大量干扰信号施加到方向图副瓣区,通过只对副瓣峰值电平进行控制调整加权值,降低副瓣电平,得到满足副瓣要求的目标方向图,使算法得到简化。可以应用于不等间距直线阵列和矩形平面阵的方向图综合问题。考虑了阵元间的互耦及阵元方向图特性的影响。仿真结果证实了该算法是可行的。     

改进适应度函数的阵列综合粒子群算法

针对标准粒子群算法在阵列综合应用中收敛所需的迭代次数较多、收敛速度较慢等问题,提出了一种基于改进适应度函数计算的粒子群改进算法。根据阵列在采用标准粒子群算法时的收敛趋势,提出在适应度函数计算中,对适当角度范围内的适应度函数进行加权计算,使影响收敛速度因素的计算权值得到提高、并得到优先处理,从而降低平均计算时间。通过对线阵天线的仿真实验,结果表明该方法效果明显,可以在满足方向图要求的前提下,大大减少收敛所需迭代的次数,加快收敛速度。     

一种阵列天线的约束最优化综合方法

为同时满足对方向性系数,阵列效率,方向图旁瓣等参数的要求,提出了一种效率和旁瓣约束下的最优方向性综合法.该方法适用于任意的阵列形式,以最大化阵列方向性系数为目标,通过对加权向量的二次约束控制了阵列效率,并采用迭代的方法满足了方向图旁瓣的要求,实现了阵列效率和旁瓣约束下的方向性系数最优化.对多种阵列在不同要求下的仿真结果以及5元圆阵列的实验结果表明了这种方法的有效性和灵活性.     

基于辅助相位优化的交替投影阵列综合算法

本文提出一种新的方向图快速综合算法.该方法基于交替投影算法（AP）,首先对目标方向图幅度进行限制,其次引入了目标方向图相位变量并对其进行优化,得到最佳目标方向图相位,最后结合临近分裂方法来求解有约束的最小二乘问题（CLMS）以获得满足要求的激励.相比于其他AP类算法只对方向图幅度进行限制的处理,本文对方向图相位的优化处理有助于提高算法的收敛速度和性能.实验结果表明,无论有无激励约束的情况下,该算法均能取得良好的优化效果,且适用于任意阵列,具有很好的推广能力.     

基于DPSO算法的半球共形阵方向图综合

针对共形阵列天线方向图综合所需迭代次数大,且算法的收敛对初始值敏感问题,本文采用DPSO算法对半球共形阵赋形方向图综合进行了研究,通过对半球共球阵模型的建立,推导了所建模型的方向图函数。仿真结果表明,DPSO算法能够较快地综合半球共形阵的赋形方向图,是一种高效且实用的综合算法。     

基于序列二阶锥的平面稀疏阵方向图重构

针对稀疏阵列天线多方向图可重构问题提出了一种基于序列二阶锥的算法。通过引入共轭对称激励,将方向图的上下界约束转化成凸问题;通过辅助变量的迭代加权,将稀疏阵列的阵元位置优化和多方向图的赋形转化为序列二阶锥问题。文中将算法从线阵推广至面阵,在任意主瓣宽度、响应波纹、零陷及副瓣电平的约束下,通过改变阵元的激励,皆可优化阵元位置排布。仿真结果验证了算法的有效性,可以达到降低天线系统成本的目的。     

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。     

基于遗传算法的任意栅格星载多波束平面阵列方向图综合

讨论了一种基于遗传算法的综合任意平面阵列方向图的方法。算法直接将复数作为遗传算法的编码,省去了一般遗传算法的编码、解码步骤,简化了计算过程,节约了计算时间。采用两种交叉算子,能够较好地克服早熟收敛和收敛对初始群体的依赖。仿真结果表明,该方法能够对任意栅格阵列实现复杂形状方向图的赋形,并且在实现主瓣赋形的同时能够实现良好的旁瓣抑制。     

GA BASED SYNTHESIS OF SATELLITE-BORNE MULTI-BEAM PLANAR ARRAY WITH ARBITRARY GEOMETRY

I. Introduction In the interests of efficiency, the shape of a footprint pattern radiated by a satellite-borne array antenna should conform precisely to the shape of the region on Earth for which coverage is required. Alternatively, in order to achieve “isoflux” illumi-nation[1] on the earth surface through multi-beams, the size and the shape of the footprint should be precisely controlled. Previous works on the synthesis of arrays in-clude Chebyshev method, modified Woodward- Lawson metho…     

Basic array theory

Basic antenna array theory is outlined with major emphasis on pattern analysis and synthesis for periodic linear and planar arrays, phased arrays, and conformal arrays. Extension is made to synthesis techniques which use computer algorithms. These include arbitrary sidelobe control, shaped beams, and phase-only null steering. The subjects of random errors and phased array quantization errors are outlined     

Direction finding with an array of antennas having diverse polarizations

The advantages of using diversely polarized antennas to determine bearings of multiple cochannel narrow-band signals are shown. Three bearing estimation algorithms-maximum likelihood (ML), adapted angular response (AAR), and Music (multiple signal classification)-are extended to handle antenna arrays with diverse polarizations; the maximum entropy method does not readily extend. The proposed algorithms are applicable to arbitrary antenna locations and directional characteristics and arbitrary noise correlations between the antenna outputs. The algorithms are compared on the basis of multiple signal resolution and bearing accuracy in the presence of noise. The Music algorithm exhibits superior performance at moderate to low signal-to-noise ratio (SNR).     

适用于任意几何结构平面阵列的无网格DOA估计算法

由于在网格失配情况下依然具备良好的估计性能,无网格DOA估计算法近年来受到了广泛的关注与研究,其中又以基于原子范数最小化(ANM)的DOA估计算法最具代表性。随着可分离ANM(DANM)算法的提出,为ANM理论在2维DOA估计领域中的应用提供了可能。不过传统的DANM算法以及其后续的一系列改进算法都只适用于均匀矩形阵列(URA)或稀疏矩形阵列(SRA),无法适用于具有任意几何结构的平面阵列。针对上述问题,该文提出一种适用于任意几何结构平面阵列的无网格DOA估计算法,即B-DANM算法。该算法利用一类贝塞尔函数对实际平面天线阵列接收信号的协方差数据进行展开,从而获得适用于任意几何结构平面阵列的DANM算法框架,然后再通过求解半定规划问题、Toeplitz矩阵的Vandermonde分解以及估计参数配对、角度变换等过程来得到最终的DOA估计结果。仿真实验验证了,在任意几何结构平面阵列的测向系统中,B-DANM算法相比于传统的2维DOA估计算法在精度、分辨力等方面的优势。     

On the empirical optimization of antenna arrays

Empirical optimization is an algorithm for the optimization of antenna array performance under realistic conditions, accounting for the effects of mutual coupling and scattering between the elements of the array and the nearby environment. The algorithm can synthesize optimum element spacings and optimum element excitations. It is applicable to arrays of various element types having arbitrary configurations, including phased arrays, conformal arrays and nonuniformly spaced arrays. The method is based on measured or calculated element-pattern data, and proceeds in an iterative fashion to the optimum design. A novel method is presented in which the admittance matrix representing an antenna array, consisting of both active and passive elements, is extracted from the array's element-pattern data. The admittance-matrix formulation incorporated into the empirical optimization algorithm enables optimization of the location of both passive and active elements. The methods also provide data for a linear approximation of coupling as a function of (nonuniform) element locations, and for calculation of element scan impedances. Computational and experimental results are presented that demonstrate the rapid convergence and effectiveness of empirical optimization in achieving realistic antenna array performance optimization.     

一种圆形天线阵列的波束赋形算法

基于自适应天线阵理论,给出一种用于圆形阵列天线方向图的波束赋形算法。该方法通过迭代获得一组最优权值,用来减小加权赋形方向图和期望方向图在主波束上的差别,同时将旁瓣电平降低到期望值。通过具体圆形阵列的算例说明了这种算法的有效性。