基于欧拉旋转和极化投影的共形阵列建模方法

共形阵列建模是共形阵列方向图综合优化、信号处理等研究工作的基础。与传统极化敏感阵列不同,受共形载体曲率影响,共形天线单元呈现多极化特性,共形阵列建模不仅要考虑空域导向矢量,还应考虑入射信号极化矢量在阵元极化方向图上的投影,这也是共形阵列建模的重点和难点。针对该问题,本文在利用欧拉旋转得到阵元局部方向图表示的基础上,给出了入射信号极化矢量在全局和局部坐标系下向阵元极化方向图极化投影的三种方法,完善了共形阵列建模理论,分析了不同建模方法的复杂度,并利用全局坐标系极化投影方法将广义信号子空间拟合算法应用于共形阵列。仿真结果表明,本文方法与全局极坐标系极化投影方法得到的共形阵列模型具有一致性,且不同建模方法对不同应用场景具有各自的适用性。      

毫米波锥面共形相控阵天线的仿真与优化*

以弹载共形相控阵雷达导引头天线为应用背景,在未考虑极化的情况下,首先推导了任意共形天线单元方向图从局部极坐标系到全局极坐标系转换的一种实用方法;然后采用凹槽加载的中心馈电方式设计了毫米波锥面共形微带天线单元,并建立锥面共形相控阵天线模型,推导了锥面共形天线阵列的导向矢量及其方向图函数;最后采用能量迭代法对15 阵元的锥面共形相控阵天线方向图进行了仿真优化,在副瓣电平约束和零点约束两种情况下,分别给出了相应最优加权矢量的求解方法,实现了对方向图波束指向、副瓣电平以及零点的控制。     

基于近场旋转技术的共形阵列天线方向图高效计算方法

文中提出了一种基于近场旋转技术的新型共形阵列天线方向图快速计算方法。首先,首次根据共形载体信息 对单个特定天线单元近场封闭表面上的电场、磁场和采样点位置进行坐标旋转变换,进而得到其在全局坐标系下近场封 闭面上的电场和磁场。然后,基于谢昆诺夫等效原理计算单个天线单元的等效电流和磁流及其所产生的辐射场,并遍历 共形阵所有单元计算其在全局坐标系下的辐射场。进一步地,将全局坐标系下所有单元方向图进行矢量叠加得到共形阵 列天线的远区总场。最终,通过两个具有不同载体平台与不同阵元的共形阵列天线方向图算例,并与全波仿真以及基于 远场旋转技术的计算方法相比较,验证了所提出方法相较于远场旋转技术在计算精度与效率上的优势。     

基于四阶累积量的共形阵列波达方向估计算法

由于共形天线阵列流形的多极化特性(Polarization Diversity),共形阵列天线的信源方位估计需要与信源的极化状态联合进行。分析总结共形阵列天线波达方向(DOA)估计特点的基础上,针对窄带远场非高斯独立信源,提出了一种共形阵列天线盲极化DOA估计算法。该算法利用四阶累积量对阵列口径的扩展性,结合旋转不变子空间(ESPRIT)算法,在信源极化状态未知条件下实现了共形阵列天线的高分辨DOA估计。所提算法的方位估计不需要天线单元方向图以及信源极化状态的任何信息,适用于多种常用共形载体(锥面、柱面以及球面共形载体),具有较为广泛的应用环境。以柱面共形阵列天线DOA估计为例,详细推导了算法机理,给出了算法步骤,计算机Monte Carlo仿真实验验证了所提算法的有效性。     

稀疏共形阵列天线方向图综合

提出一种基于多任务学习的共形阵列天线稀疏优化方法.该方法在考虑单元方向图的全局旋转变换和单元极化状态差异的情况下,建立了共形阵列天线导向矢量模型,结合多任务学习框架,以均匀分布共形阵列天线同一平面上阵元的方向图作为目标任务进行学习,通过稀疏向量支撑区的识别,将欠定的阵列流形矩阵方程转换为超定的特征矩阵方程进行求解,在实现阵列方向图逼近的前提下,建立了共形阵列天线阵元激励与位置联合稀疏优化的多任务学习模型.通过分块坐标下降法对稀布共形阵列天线多任务学习模型进行求解,实现了共形阵列天线的稀疏优化布阵.理论分析与实验仿真证明,该方法能有效减少共形阵的单元数量,简化共形阵列天线结构,获得与均匀分布的共形阵列天线性能一致的天线方向图,解决了稀疏共形阵列天线方向图综合优化设计难题.     

共形阵列非圆信号波达方向估计算法

受共形载体变曲率结构的影响,各天线单元指向不尽相同,使得共形天线阵列呈现极化多样性。因此,共形天线阵列的建模过程中需考虑不同阵元的极化响应特性。基于柱面共形天线阵列的快拍数据模型,利用非圆信号的特性对阵列输出进行扩展,基于秩亏理论和子空间原理实现信号波达方向（DOA）估计,所提方法估计精度高,不需要参数配对。存在相干信源时,提出对扩展后的虚拟阵列进行划分,对划分出的子阵进行虚拟的空间平滑,实现解相干的预处理操作。仿真结果表明该方法能有效应用于柱面共形阵列非圆信号DOA估计,并提高了空间分辨率。      

共形阵列天线互耦校正的辅助阵元法

 针对共形天线载体曲率和单元方向图指向的变化,建立了三维共形天线导向矢量的数学模型;推导了阵列互耦与方位依赖幅相误差的等价关系;通过引入少量远离共形载体的辅助阵元和方向未知的校正信源,提出了共形阵列天线互耦校正的辅助阵元法.辅助阵元法只需要参数的一维搜索和线性方程组求解,可以实现校正信源方位和共形天线互耦系数的联合估计.计算机Monte-Carlo仿真实验验证了辅助阵元法互耦校正的有效性.     

共形阵列天线信源方位与极化状态的联合估计算法

 针对共形天线阵列流形的特点,提出了共形阵列天线信源方位与极化状态的联合估计算法.算法的方位估计不需要信源极化状态的任何信息,估计精度高、分辨力强,在完成信源方位估计的同时,还可以精确的估计出信源的极化状态,不需要参数配对,实现了共形阵列天线信源方位与极化状态的联合估计.算法仅需要二维参数搜索,计算量比已有的联合估计算法小,且适用于任意共形载体,具有广泛的应用范围.对算法参数估计的理论性能进行了分析推导,给出了参数估计的CRB(Cramer-Rao Bound),并通过Monte-Carlo仿真实验验证了理论分析的正确性与算法的有效性.     

锥面共形阵列天线盲极化DOA估计算法

 由于共形载体曲率的影响,共形阵列天线中各阵元单元方向图具有不同的指向,使得共形阵列天线具有了多极化特性(Polarization Diversity),为了描述共形阵列天线的多极化特性,通常在共形阵列天线的快拍数据模型中引入阵列入射信号的极化参数,因此共形阵列天线的DOA(Direction-Of-Arrival)估计需要与阵列入射信号极化参数联合估计.本文提出了一种盲极化DOA估计算法,通过在锥面共形阵列天线中设置三对特殊子阵,利用ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)算法,将入射信号极化参数与二维角参数去耦合,在入射信号极化参数未知条件下实现了高分辨DOA估计,并对估计性能进行了理论分析与推导,给出了参数估计的CRB(Cramer-Rao Bound),通过Monte Carlo仿真实验验证了DOA估计算法的有效性.     

共形天线阵列的稀疏优化

稀布天线阵列阵元数少、造价低、方向性强,共形天线阵列不影响飞行器的空气动力学性能,而稀布共形天线阵列兼备稀布阵和共形阵的优点.采用遗传算法对半球面和锥台面两种共形天线阵列进行稀疏优化,可达到减少天线阵元数目、节约成本以及降低方向图旁瓣电平的目的.通过MATLAB仿真比较不同稀疏率下的旁瓣电平,最终实现了半球形天线阵列在...     

智能天线阵列误差校正算法的实验验证

阵列误差的校正是智能天线技术实用化的关键所在。对各种阵列误差进行了深入分析并建立了数学模型。阵列误差可以用一个误差矩阵来表征,通过对误差矩阵的估计,能够恢复理想的阵列流型。实验结果表明,这种阵列误差校正方法能够有效减小各阵元通道之间的差异,改善了系统的性能。     

Array Calibration for CDMA Smart Antenna Systems

In this paper, we investigate array calibration algorithms to derive a further improved version for correcting antenna array errors and RF transceiver errors in CDMA smart antenna systems. The structure of a multi‐channel RF transceiver with a digital calibration apparatus and its calibration techniques are presented, where we propose a new RF receiver calibration scheme to minimize interference of the calibration signal on the user signals. The calibration signal is injected into a multichannel receiver through a calibration signal injector whose array response vector is controlled in order to have a low correlation with the antenna response vector of the receive signals. We suggest a model‐based antenna array calibration to remove the antenna array errors including mutual coupling errors or to predict the element patterns from the array manifold measured at a small number of angles. Computer simulations and experiment results are shown to verify the calibration algorithms.     

基于微分几何的平面天线阵列测向精度研究

利用阵列流形的微分几何作为分析工具,构造了实际使用中常见的平面天线阵的几何结构,并对这些阵列结构的测向精度进行了研究和全面仿真。通过比较各种天线阵几何结构的优劣,可以从中选择一种合适的、最优的阵列结构,避免设计的盲目性和随意性。这为超分辨阵列结构的选择和设计提供了一条有效的途径,在实际应用中将具有十分重要的参考价值。     

抗干扰天线及天线阵列研究

本文对抗干扰天线及天线阵列进行了研究,提出了一种小型化的微带贴片天线,并使用该天线单元进行组阵。文中提出的立体天线阵列的主天线单元实现了宽波束和在低仰角方向上增益的改善,能够满足工程应用的需要。     

双锥共线阵天线辐射特性

双锥共线阵天线因其宽频带,高辐射功率等特点被广泛应用于工程中,文中采用基于有限元法的电磁场仿真技术对双锥共线阵天线进行辐射特性研究,分别通过改变阵子个数,锥角等参数研究其辐射特性与各参数变化的关系。然后根据导航设备的实际需要设计出一种满足国际民用航空公约附件十要求的双锥共线阵天线,实验结果表明,该天线适用于陆基导航系统中测距机的信标天线。     

二维子阵级相控阵空间谱估计方法

目前已提出的空间谱估计方法绝大多数需要已知所有阵元的数字化输出信号,即为基于阵元级的方法.我们对应用于相控阵雷达的二维子阵级空间谱估计方法进行了研究.采用简化的阵列流形,只需精确地确定子阵相位中心与增益,大大降低了对相控阵的校正成本与代价.但其有效的方向估计范围只在子阵的3dB波束宽度内,然而与波束扫描相结合可实现任意空间范围内的方向估计.通过引入加权网络对子阵输出进行后处理,提高了阵列处理的灵活性;构造了基于理想子阵方向图的简化阵列流形,克服了直接简化阵列流形方法的测向范围无法调整的局限性,并能更好地抑制旁瓣源.仿真结果证实了所提出方法的有效性.     

高集成层积阵列天线设计

针对三维层积高集成有源阵列天线辐射单元进行了研究。文中采用包括多谐振模式、宽角阻抗匹配、改进型馈电等措施的多种扩频方式对平面贴片辐射单元进行优化设计,提出了一种高集成层积阵列天线形式。其低剖面、轻量化、高性能的特性满足了下一代高集成有源相控阵天线阵列的发展要求,具有较好的应用前景。     

基于近场测试的相控阵天线自动化校准 与阵面监测方法

相控阵天线装配好之后,由于各组成部件机械加工误差、装配误差、部件老化更换和环境温度改变等因素,各 单元通道的初始幅相产生差异,因此必须对天线的所有系统进行校准。本文针对小型化相控阵平台,通过硬连接将相控 阵天线的波控系统与测试设备相结合,提出一种简便的自动化近场逐点校准方法。同时,本文还提出一种简单的外监测 方法。当相控阵天线工作期间,可对阵面的幅相分布进行监测。可在相控阵天线工作期间,对近场幅相校准数据进行修 正,达到阵面自身校准的目的。经对一个16阵元的相控阵天线进行实验测量可知,该自动化校准与阵面自身校准方法可 以准确、快捷测试出天线阵面的幅相分布。非常适合一维、二维相控阵天线,尤其是小型化相控阵天线的幅相校准与监 测。     

非相似元四倍频程相控阵天线

对数周期天线是一种宽带天线 ,单个天线单元的带宽可以很宽 ,但其宽带特性在组阵时将受到一定的影响 ,在相控阵中更受到扫描角的限制 ,文中采用非相似元的方法有效地解决了四倍频程相控阵天线扫描时宽带和宽角的矛盾 ,扩展了对数周期天线在相控阵中的应用