基于旋转阵列的极化敏感DOA估计算法

随着信息化战争需求和现代雷达技术的发展,人们对阵列波达方向估计算法提出了更高的要求。传统极化敏感阵列的波达方向(Direction of Arrival,DOA)估计算法计算量非常大,需要对入射信号进行包含空间角度和极化信息的四维谱峰搜索。此外,要求阵元数目大于目标数,而测向精度受通道不一致性影响很大。针对这些问题,提出一种正交偶极子对旋转阵列的DOA和极化参数联合谱参数估计算法。利用矩阵秩亏原理,通过对四维谱函数的降维运算降低计算复杂度。通过对两天线阵元进行旋转引入虚拟阵元,相当于利用两阵元对目标进行多位置观测,减少了信道数量,提高了阵元利用率。仿真结果表明,该算法能够有效降低通道不一致性对测向结果的影响,具有比6阵元正交偶极子圆阵更好的测向性能。     

宽频段高精度信号到达角与极化联合估计算法

针对宽频段信号,提出一种高精度的到达角与极化联合估计算法.本算法采用正交偶极子稀疏均匀L型阵列,该阵列间距大于载波波长.首先通过ESPRIT算法估计出模糊的空间相位差,为解决阵列孔径与角度模糊的问题,利用正交偶极子中包含的方向信息进行解模糊.这种方法不需要损失阵元,而且能提高估计的精度.通过仿真,分析了本方法在不同信噪比下的估计性能、孔径的扩展能力以及在2-18GHz频段范围内的参数估计性能.     

信号的二维到达角和极化估计

本文论述了一种基于子空间方法的多信号二维到达角和极化参量的估计算法。该方法采用了交叉偶极子阵元组成的L型阵列,利用子阵输出信号数据矩阵中包含的信号空间的旋转不变性质,借助于矩阵束方法求解出信号的二维到达角和极化参量的估汁值,并自动进行参数的配对。仿真结果证实了该算法的有效性。     

基于稀疏互质L型阵列的二维测向算法

在阵元数确定的情况下,稀疏阵列能增大阵列孔径,提高测向精度,但也带来测向模糊。针对这个问题,提出了一种稀疏互质L型阵列及其二维测向算法。利用四阶累积量的阵列扩展特性,并结合L型阵列中阵元间距的互质关系,在稀疏阵列结构下实现无模糊二维测向。与二维虚拟旋转不变算法相比,所提算法允许参考阵元间距大于信号半波长,从而提高了测向精度,同时利用逐步解模糊,保证较大的系统容差。计算机仿真结果验证了算法的有效性。     

扩展孔径的电磁矢量多入多出雷达目标定位算法

提出了一种基于双基地电磁矢量多输入多输出雷达的二维收发角估计算法.针对扩展孔径条件下传统算法的周期性角度模糊问题,提出了一种从极化信息矩阵中求取收发信号波印廷矢量来实现解模糊的算法.极化信息矩阵可通过张量分解从回波数据中求取.为提高发射角估计精度,给出了一种更严格的正交约束条件：不仅要求不同阵元间发射的信号相互正交,还要求同一阵元内所有的偶极子天线发射的信号也相互正交.进而可从极化信息矩阵中得到发射角的不模糊估计.与传统算法相比,该算法通过增大阵元间距提高角度估计性能,且不会产生角度模糊,避免了谱峰搜索和额外的配对过程.仿真实验验证了算法有效性.     

信号的二维到达角和极化估计

本文论述了一种基于子空间方法的多信号二维到达角和极化参量的估计算法。该方法采用了交叉偶极子阵元组成的Ｌ型阵列，利用子阵输出信号数据矩阵中包含的信号空间的旋转不变性质，借助于矩阵方法求解出信号的二维到达角和极化参量的估计值，并自动进行参数的配对，仿真结果证实了该算法的有效性。     

基于压缩感知的空间谱估计

以多重信号分类（Multrple Signal Classification,MUSIC）算法为代表的现代空间谱估计方法,估计的信源数受限于阵列形式,并且需要的采样数据量巨大.文章从压缩感知的基础理论出发,利用目标信号空间分布的稀疏性,建立了基于压缩感知的阵列信号空间谱估计模型.利用压缩感知方法,可以使用较少的阵元数对空间信号进行采样测量,并准确重构信号.相比传统的MUSIC空间谱估计算法,该方法所需阵元数少,采样数据量小,并且能同时进行信号强度和角度的估计.所提方法对推动压缩感知理论在阵列信号空间谱估计中的应用具有一定意义.     

基于时空处理的频率与二维DOA联合估计算法

提出了一种适用于任意阵列的频率与二维DOA联合估计算法.该算法同时利用空域采样与时域采样构造二维时空矩阵,基于2D-ESPRIT方法进行二维参数估计,仅需3个校准阵元就可通过M个阵元估计出M个独立信源的载波频率、方向角和仰角,无需二维谱峰搜索,计算量较小.仿真实验验证了算法的有效性.     

基于极化敏感阵列均匀线阵的二维DOA估计

针对残缺电磁矢量传感器的极化敏感阵列多参数联合估计问题,该文提出一种基于正交偶极子的均匀线阵的2维波达方向(Direction-Of-Arrival, DOA)估计算法。首先,对极化敏感阵列的接收数据矢量的协方差矩阵进行特征分解,然后将信号子空间划分成4个子阵,根据旋转不变子空间(ESPRIT)算法分别求出其中1个子阵与其它3个子阵的相位差,再对不同子阵间的相位差进行配对,最后根据相位差求出信号的DOA估计和极化参数。由正交偶极子组成的均匀线阵使用极化MUSIC算法和传统ESPRIT算法无法进行2维DOA估计,该文提出的算法解决了这个问题,并且相较于极化MUISC算法降低了算法的复杂度。仿真结果验证了该文算法的有效性。     

利用微分几何参数优化圆阵测向性能的方法研究

阵列测向系统的测向性能除了受所选算法影响外,阵列的几何结构也是重要的影响因素。本文利用微分几何工具,首先研究了平面阵阵列流形的微分几何参数与信号来向估计精度之间的关系,在此基础上推导并分析了圆阵在各方向上的测向性能与阵列几何布局的关系,讨论了影响测向性能的因素,最后给出了在圆阵孔径与阵元数固定的条件下,通过调整阵元在圆周上的位置来优化单信号入射时阵列某方向上测向性能的方法,并通过对几组不同几何布局的圆阵进行计算机仿真对比和分析,验证了设计思路的可行性,这为实际应用中阵列结构的选择提供了有用的参考。      

A Broadband, Vertically Polarized, Circular Switched Parasitic Array for Indoor Portable DVB-T Applications at the IV UHF Band

In this paper, a new broadband, vertically polarized, circular switched parasitic antenna array, appropriate for portable DVB-T applications at the IV UHF band, is developed with the aid of a proposed genetic algorithm approach. The array consists of a central fixed parasitic element and four peripheral ones. At any given time, only two adjacent peripheral elements are active, while each of the remaining two is short-circuited. By appropriately selecting active and short-circuited elements, a set of four radiation patterns can be formed, covering the horizontal plane alternately. Design considerations and results are presented, while array measurements are demonstrated for a single snitching mode.     

增加副瓣抑制机制的阵列天线波束赋形遗传算法研究

基于遗传算法的激励优化算法是求解阵列天线波束赋形问题时常用的激励求解算法。传统遗传算法在优化阵列天线激励时,对阵元天线方向图矢量叠加获得阵列天线合成方向图后,与目标方向图做相似度判断,经过多次运算获得满足设计要求的激励值。然而算法中通常不关注赋形结果的副瓣抑制,导致阵列天线波束赋形结果副瓣抑制效果不理想。该文提出一种基于一组低副瓣波束线性叠加的波束合成机制,将合成方向图与目标方向图做相似对比,结合遗传算法的优化求解方法,最终获得与目标方向图匹配的合成方向图,且合成方向图具有高副瓣抑制的特性。以一款16阵元 波段微带偶极子线性阵列天线为例,该文提出的具有副瓣抑制机制的遗传算法求得的赋形波束获得了-27.5 的副瓣抑制效果,远远好于传统遗传算法求得的赋形波束-19 的副瓣抑制。     

基于二阶统计特性的方向向量估计算法的DOA估计

为了减小天线阵流形误差对波达方向(DOA)估计结果的影响,以及克服基于传统盲源分离算法的DOA估计算法不能应用于少通道测向设备的不足,提出一种基于2阶统计特性的方向向量估计算法的DOA估计算法。首先,根据确定性最大似然(DML)估计算法谱函数的特征,构造关于协方差矩阵的酉约束下的优化问题;然后,通过优化该问题获得各个单信号的实际方向向量;最后,将各个单信号的实际方向向量输入到空间谱算法中实现DOA估计。由于将多信号的DOA估计转化为多个单信号的DOA估计,因此在天线阵列流形存在误差时,所提算法比传统的DOA方法具有更好的DOA估计性能。由于所提算法仅需使用协方差矩阵,因此所提算法可应用于少通道测向设备。由仿真实验结果可知,在阵列流形存在误差以及测向设备为少通道测向设备时,与传统DOA方法相比,所提算法的DOA估计的准确度、抗扰度以及分辨率更高。     

五百米口径球面射电望远镜的相控阵馈源设计

相控阵天线作为射电望远镜的馈源时可以扩大射电望远镜的视场, 提高天空扫描速度和系统灵敏度.分析了相控阵馈源的阵列排布形式、阵列规模、阵元间距等参数对灵敏度的影响, 并给出了设计一般相控阵馈源的基本方法.针对五百米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, FAST)的系统要求设计了一种工作在L波段的宽带双极化微带偶极子相控阵馈源.相控阵系统采用制冷放大器时所设计的馈源满足FAST系统性能指标.加工并测试了单个阵元的结果, 与采用HFSS软件仿真的结果相当吻合, 验证了所设计馈源的可行性.     

Accurate DOA estimation using array antenna with arbitrary geometry

The so called universal steering vector (USV) whose locus is equivalent to the array element pattern is applied to the direction of arrival (DOA) estimation by multiple signal classification (MUSIC) algorithm. It is shown that if the USV which includes the effect of the mutual coupling between the array elements is used, the compensation for the received voltage to remove the effect of the mutual coupling is not required any more. The USV for array antennas with arbitrary geometry is derived and evaluated efficiently by using the method of moments (MoM) so that the DOA estimation can be performed accurately by using the array antenna with arbitrary geometry. Numerical examples of the DOA estimation by a dipole array antenna, and an antenna array composed of a monopole antenna and a planar inverted-F antenna (PIFA) mounted on a mobile handset are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

一种新颖的宽带高增益车载全向天线

介绍了一种工作在225～800MHz的双锥柱形超宽带垂直极化全向天线结构。在两天线单元之间加同轴电缆扼流圈替代传统的0．25A0扼流杯,并在天线底部加同轴电缆扼流圈和用Г匹配方式给两天线单元馈电的方法,完成了一种具有4个倍频程的超宽带垂直极化全向天线。该天线具有良好的匹配性能和辐射特性,有效的克服了一般超宽带全向天线垂直面辐射方向图主波瓣容易偏离水平面的不足。     

基于改进GA-FFT综合含互耦效应的不等间隔阵列赋形方向图

该文提出了一种虚拟的最小均方有源单元方向图展开方法,将不等间隔阵列的有源方向图展开为一个虚拟的均匀间隔阵列的若干单元辐射的叠加。通过该方法,对包含阵元耦合效应的不等间隔阵列方向图,可以使用快速傅里叶变换进行加速计算。并且,该文将这个方法与遗传算法(GA)相结合,得到一种改进的GA-FFT方法,可以应用于解决含阵元互耦的不均匀间隔阵列的赋形波束综合问题。最后,分别对不等间隔的偶极子阵列平顶方向图及微带阵列的余割平方方向图进行了综合,结果表明所提方法的有效性和优势。     

On grating nulls in adaptive arrays

The effect of element patterns on grating nulls in adaptive arrays is considered. Two simple array models, a two-element and a three-element array with dipole element patterns, are used to study this question. The element patterns are assumed unequal (i.e., the beam maxima point in different directions). It is shown that element patterns greatly affect the occurrence of grating nulls in the array. Unequal element patterns cause extra grating nulls ("sign reversal grating nulls") to occur, in addition to conventional grating nulls. These sign reversal grating nulls can occur even with element spacing less than a half-wavelength. For a two-element array with dipole element patterns, it turns out that grating nulls cannot be avoided if the spacing is greater than a half-wavelength. However, with more than two elements, the situation is not so bleak. An example is given of a three-element array with dipole patterns and one-wavelength spacing in which all grating nulls are eliminated.     

一种高隔离度的双极化微带天线阵的理论和实验

本文提出利用双端口的串行角馈方形帖片实现双极化,并设计了一种共面的双极化馈线网络,综合运用多端口网络模型、腔模理论和分片法,给出了单口双端口天线单元和双极化天线阵列的理论分析。本文法计算简单便,适合于工程应用,实际设计了一副６ＧＨｚ频段的背地里层天线阵,实验测量的双端口隔离度达－４１ｄＢ,其性能明显优于通常的单层双极化微带天线阵,该面阵结构简单、馈线网络较小,且易合并成更大规模的双极化瑚线阵。     

Radiation of circularly polarized microwaves by a plane periodic structure of Ω elements

Transformation of the electromagnetic-wave polarization by a 2D grating of metal Ω elements is studied theoretically and experimentally. The electric dipole moment and magnetic moment excited by a linearly polarized incident wave in a single Ω element are determined. The parameters of an Ω element that are optimal for radiation of a circularly polarized wave are calculated. A 2D grating consisting of Ω elements with optimal parameters is fabricated, and the obtained theoretical results are verified experimentally.