分布式阵列方向图设计与栅瓣抑制方法研究

针对分布式阵列栅瓣抑制问题,提出了基于非周期阵列和随机阵列的分布式阵列方向图设计方法。首先,利用 Minimax 优化方法对子阵的边界进行优化并获取子阵最优位置参数, 实现分布式子阵随机优化布阵,从而消除阵列的周期性并最大限度地抑制栅瓣;其次,采用角度旋转的方式来消除分布式子阵之间的周期性,使得在方向图优化设计时能够避免栅瓣的累积叠加, 达到抑制栅瓣的目的。仿真分析结果表明,所述方法能够有效抑制分布式阵列的栅瓣,获得无栅瓣影响的分布式阵列方向图。     

基于改进差分进化算法的机载分布式阵列栅瓣抑制方法

近年来,分布式天线阵列以其突破传统布阵环境限制的灵活性/ 高增益性成为阵列研究的热点。对于机载雷达系统,应用分布式天线阵列可以充分利用机身布阵空间资源,提高阵列的增益和空间分辨率。现有分布式优化方法多针对单元间大间距阵列与多子阵分散排布阵列,机载环境下双子阵分布式阵列优化研究极少。文章针对机载双子阵分布式阵列孔径栅瓣密集问题,提出利用差分进化算法并加以改进,实现对机载的分布式阵列栅瓣进行抑制。该方法能够在满足约束条件的同时,有效降低双子阵分布式阵列的高栅瓣问题,同时,阵列的副瓣可以被控制在较低的水平。在一定的子阵间距条件下,阵列的最大副瓣电平可以降低到-10 dB 左右。对优化算法的有效性进行蒙特卡洛实验,结果验证了该方法的可行性。     

基于栅瓣宽度的稀疏阵列方向图综合算法

首先对子阵级稀疏阵列进行建模,针对子阵级稀疏阵的子阵间距远远大于半波长而导致子阵级稀疏阵列方向图主瓣附近具有大量栅瓣的问题,提出了方向图栅瓣宽度的概念,为了抑制方向图的栅瓣宽度,提出一种基于栅瓣宽度的子阵级稀疏阵列优化算法,解决了方向图栅瓣电平在满足一定的要求下使栅瓣宽度最窄的问题,最后通过仿真验证了该算法的有效性。     

利用双载频方向图相乘的稀疏均匀阵栅瓣抑制方法

针对稀疏阵列天线间距远大于信号波长导致阵列方向图出现大量栅瓣的问题,该文基于不同载频阵列方向图主瓣与栅瓣相对位置关系存在差异的特性提出一种新型的栅瓣抑制算法。该算法充分利用不同载频回波信息,避免了大规模搜索,有效降低了计算量。首先根据算法原理确定了影响该栅瓣抑制算法性能的因素,然后进一步对影响栅瓣抑制性能的关键参数进行了定量分析,推导得出了栅瓣抑制后峰值旁瓣比(PSLR)与频率差的关系表达式。该表达式为栅瓣抑制快速选择最优频率差提供了理论依据。最后,通过计算机仿真验证了该算法对栅瓣抑制的有效性以及该文所推导的峰值旁瓣比与频率差关系表达式的正确性。     

数字端射阵列栅瓣抑制研究

通过拉大端射天线阵元间距到1．5λ,可以获得组阵高增益,但是引入了栅瓣问题。提出了一种基于最小二乘估计的虚拟内插阵元算法来实现栅瓣抑制。虚拟端射阵列的阵元间距减小到（或者小于）0．5λ,这样栅瓣得到抑制。最后进行试验验证算法的可行性和正确性。试验结果表明：随着虚拟内插端射天线阵元个数的增加,栅瓣明显被抑制,峰值副瓣电平降低。在相邻两个实阵元间内插3个虚拟阵元,虚拟端射阵列保持了实端射阵列高增益,而实阵列峰值副瓣电平为-8．35dB,下降到虚拟阵列峰值副瓣电平为-18．25dB,栅瓣得到有效抑制。试验结果验证了基于最小二乘估计的虚拟内插阵元算法的可行性和正确性。     

基于虚拟阵技术与LS的宽带DBF算法

数字侦察接收机带宽可能覆盖几个倍频，因此若按照信号最高频率信号半波长作为阵元间距，则会出现严重的阵元间耦合，而若按照信号最低频率信号半波长作为阵元间距，则对高频信号出现严重的栅瓣。针对上述问题，提出了虚拟阵技术和LS算法融合的宽带DBF算法，成功抑制了高频信号的栅瓣。研究了EAVA、TAVA两种虚拟阵技术，两种技术不需要侦察信号的先验知识，应用两种快速计算虚拟阵元信号的算法，对于最终得出来的阵元信号选用最小二乘(LS)算法进行宽带聚焦处理，最后波束形成。仿真信号选用S波段(2~4GHz)雷达信号，结果表明在同一真实阵元数情况下，两种算法均能抑制信号栅瓣，并且缩小主瓣宽度，从而提高数字侦察接收机的角度分辨率。     

大型阵列天线子阵划分及栅瓣抑制方法

利用遗传算法(genetic algorithm, GA)将大型阵列划分为非均匀邻接子阵,以主旁瓣比作为适应度函数,并对遗传操作增加约束条件,得到具有栅瓣抑制能力的子阵结构。提出了基于子阵级的波束扫描方法,在每个扫描分区内无需改变阵元权值,仅通过子阵级数字波束形成即可完成阵列的波束扫描,并分析了不同扫描角对阵列方向图的影响。为了抑制大扫描角带来的高旁瓣,运用自适应原理使子阵级方向图在高旁瓣位置形成凹陷。分析与仿真结果表明,该方法能够进一步提高阵列方向图的主旁瓣比,增加扫描分区的范围。      

宽带有源天线阵列设计

宽带有源天线阵列在实现工作频带内无栅瓣扫描时,其辐射单元口径和单元间距在工作频段的低端就会显得过于狭小和紧密,在频率低端阵列增益偏低,有源电路布置空间局促。应用波长比例缩放阵列（WSA）来实现宽带有源天线阵列,阵列是由两种或两种以上不同带宽的天线单元组成的异构阵列,兼顾了高低频段阵列性能,为有源电路布置提供了充裕空间。通过电磁计算,验证了该方法的可行性和高效性。针对WSA阵列的工程应用,提出了一种典型的天线阵列结构、片式收发组件和射频互联电路设计。该设计为超宽带多功能有源相控阵天线的应用提供了一种新的方案。     

基于同心圆环的大间距子阵级阵列栅瓣抑制

适当增加单元间距和应用子阵级阵列有利于降低相控阵的设计成本, 但是阵列的稀疏会带来不期望的栅瓣.为解决该问题, 设计了一种无栅瓣阵列:子阵在平面内旋转, 围绕阵列中心呈同心圆环分布.为保证子阵之间不会交叠, 对圆环半径范围进行了分析.利用一种改进的穷举算法, 对每一层圆环上的子阵个数以及圆环半径进行了计算机仿真优化.结果表明, 以4×4子阵共1 024个单元为例, 所提方法可抑制峰值旁瓣电平约-17.48 dB.     

平板端射阵列栅瓣抑制研究

平板端射天线通过优化产生了特殊的组阵规律即天线间距为1.5倍波长的阵列形式,该阵列形式存在栅瓣问题。本文通过提出一种解决栅瓣的途径——正交信号激励的阵列形式,建立了阵列模型,针对阵列模型开展了大量仿真计算,仿真结果证明该阵列形式可以有效抑制栅瓣,实现较低的峰值副瓣电平。     

一种改进的环形阵列低副瓣数字波束实现方法

本文提出了一种改进的基于数字波束形成的环形阵列低副瓣实现方法。该方法使用左右第一副瓣之间角度范围内的相位均值作为阵列单元初相,从而减小此角度范围内的加权相位偏差,进而避免由于相位恶化带来的副瓣抬高,最终实现阵列的-25dB 低副瓣设计。     

相控阵天线栅瓣效应与规避

相控阵天线由许多阵元排列组成。根据不同的阵元间距和波长的关系,给出了栅瓣出现的位置。搭建了一个试验平台,通过控制扫描角度可以看到栅瓣出现的位置。采用相控阵天线技术结合传统天伺系统的方法,可以扩大天线的扫描范围,并且起到了规避栅瓣的作用。简述了多波束形成过程,论述了阵列天线的空间功率合成,并仿真出天线多波束方向图的理论值,与实验得到的结果相吻合。对工程起到指导作用。     

大间距相控阵天线栅瓣抑制技术研究

适当增加阵元间距有利于降低相控阵天线的成本,但是会带来不期望的栅瓣。文中针对5×5大间距相控阵天线栅瓣抑制技术进行了研究。改进了传统遗传算法,增加了种群的多样性。首先采用改进的遗传算法优化得到局部解,然后运用模式搜索算法优化得到最优解,并对阵列口径及阵元最小间距进行约束。其次,结合实际的工程应用,对阵元位置进行约束,优化出便于生产应用的最佳阵列排布。仿真结果表明,优化后的阵列,最大栅瓣电平得以有效抑制,满足工程应用的要求。     

顺序扫描阵列配置方法研究

对于超宽带稀疏阵列,均匀无冗余阵列具有低栅瓣水平和高方位向分辨率。阵列配置的目的是设计双程阵列,使其单程等效阵列是均匀无冗余的。文中主要配置顺序扫描阵列,证明了若阵元总数大于4,没有均匀无冗余阵列的配置方法。然后给出了一种非均匀阵列配置方法,分析了其方位向分辨率和栅瓣水平。理论与仿真表明,文中提出的方法比与其阵元总数相同的端发多收阵列的栅瓣低。最后,根据所需要的方位向分辨率和栅瓣水平配置了一种实际顺序扫描阵列。