MIMO雷达的最小冗余线性阵列配置与优化

提出了一种利用最小冗余非均匀线性阵列对多输入多输出(MIMO)雷达系统进行阵列配置优化从而提高参数估计性能的方法。文中从MIMO雷达信号模型出发,分析了均匀线性阵列与非均匀线性阵列两种配置下,MIMO雷达系统获得的虚拟阵元数的差异,给出了一种在物理阵元数量较大时最小冗余非均匀线性阵列的生成方法。仿真结果表明:最小冗余线性阵列能够利用较少的物理阵元个数获得与均匀线性阵列相同的参数估计性能。而在物理阵元个数相同的情况下,最小冗余非均匀线性阵列MIMO雷达可以获得更多的虚拟阵元、更好的参数估计性能和更低的克拉美·罗界。     

基于俯仰频率分集技术的波束形成方法

传统频率分集阵列雷达在水平阵元间引入线性频率偏差,其波束在方位维与距离维具有耦合性,且存在栅瓣。针对此问题,该文提出一种基于俯仰频率分集技术的波束形成方法。首先建立俯仰频率分集阵列雷达信号模型,详细分析了发射方向图的时间依赖性和栅瓣特性。然后通过设计接收端的阵元参数,合成无栅瓣的发射-接收方向图。仿真实验验证了所提方法的有效性,所得波束在距离维与方位维无耦合,且主瓣宽度较窄。     

最小冗余阵旁瓣抑制算法研究

最小冗余阵作为智能天线中的一种,能以较少的阵元数获得比均匀阵大得多的阵列孔径,从而提高分辨率、简化系统、降低成本。但阵列的非均匀性导致最小冗余阵的旁瓣电平过高,为此文中提出了一种基于子空间的迭代算法抑制其旁瓣。仿真结果表明：此方法收敛速度快,可控旁瓣个数多,并且利用低旁瓣的最小冗余阵,对角度靠近观察方向的干扰进行抑制时,抗干扰能力增强,信号噪声干扰比得到提高。     

子阵旋转和子阵错位在非周期阵列应用中的对比分析

随着预警探测需求的提升,大单元间距阵列的应用得到了快速发展,阵列栅瓣的有效抑制是大单元间距有限扫描阵列设计中的一项重要内容。文中首先介绍了非周期阵列抑制栅瓣的原理;然后,对子阵旋转和子阵错位两种非周期排布栅瓣抑制形式进行了仿真对比,从栅瓣电平、近区副瓣电平、量化瓣、阵列重构、极化形式五个维度分析了子阵旋转和子阵错位的性能优势,对大单元间距阵列的设计具有一定的工程指导意义。     

便携式超宽带穿墙成像雷达阵列模式性能研究

受限于便携性要求,超宽带穿墙成像雷达可用的天线数量有限,因而面临着如何充分利用有限的天线获取最优成像性能的难题。文中主要比对研究了UWB、TWIR在3种不同天线阵列配置模式下的性能。论述了3种不同的阵列配置模式,分析比对了在3种模式下UWB、TWIR的方位向分辨率和干涉区域,并通过仿真实验进行了验证分析,给出了合理等效孔径和虚拟阵元密度下的最佳阵列性能配置参考。     

穿墙成像雷达旁瓣/栅瓣抑制方法

提出了一种超宽带超稀疏阵列穿墙成像雷达距离向旁瓣和方位向栅瓣抑制的新方法。对于使用步进频连续波的超宽带雷达,其距离向旁瓣较高,通常采用加窗进行抑制。对于超稀疏阵列,其方位向栅瓣较高,可以采用相位相干因子(PCF)加权进行抑制。若同时抑制距离向旁瓣和方位向栅瓣,可以对加窗的图像作PCF加权。但是,距离向加窗会抬高方位向栅瓣,进而降低PCF抑制方位向栅瓣的效果。针对这个问题,提出一种PCF结合双切趾的方法,能够同时有效地抑制距离向旁瓣和方位向栅瓣。仿真和实验结果验证了方法的有效性。     

用于扫描平面阵的非对称脊波导辐射单元

本文论述了方位电扫的大型低副瓣平面裂缝阵所采用的一种新颖的线阵辐射单元。平面阵由若干直立的谐振线阵单元,即有宽壁并联裂缝的单脊波导构成,裂缝间距很近,以免阵列在方位扫描时产生阵列栅瓣。传统的线性宽壁裂缝阵要求裂缝交替地开在离波导中线的两边,然而在电扫描期间会在偏移方向上产生不需要的二次波束。为消除二次波束。提出了一种把所有裂缝都精确直排在波导中心线上的设计方法。文中论述了实现波导非对称性要求的各种方法,同时给出了成功方法所采取的设计步骤及由验证模型取得的实验结果。     

基于栅瓣等波动阵列设计方法

宽带侦察DBF的突出问题是高频段信号会出现严重的栅瓣。文中针对宽带DBF中栅瓣问题,提出了一种基于栅瓣等波动阵列方法,即阵元间距的选择随着宽带信号的频率变化而变化,其核心是对阵元间距的选则。并通过仿真验证了该方法的有效性。     

星载SAR相控阵天线栅瓣抑制技术北大核心CSCD

针对星载合成孔径雷达子阵级二维有源相控阵天线方位向扫描出现较大栅瓣问题进行了分析。采用子块错位分布方式抑制天线阵栅瓣最大电平值,结合工程可实现性,优化出子阵最佳错位分布。结果表明,经过优化后的天线阵,其方位向扫描最大栅瓣电平得以有效抑制,这对于星载合成孔径雷达图像质量改善具有现实意义。     

基于粒子群算法的宽带真延时方向图栅瓣抑制方法

针对阵元间距大于信号波长引起阵列方向图出现栅瓣的问题,该文提出一种基于粒子群优化(PSO)算法的宽带真延时方向图栅瓣抑制方法。该方法首先定义了基于宽带真延时的阵列能量方向图,其次构造了以阵列能量方向图的最高副瓣电平作为适应度函数,最后利用粒子群优化算法优化阵元分布来实现对阵列方向图栅瓣的进一步抑制。仿真结果表明:相比于单独使用粒子群算法和单独使用宽带真延时方法,该方法对方向图栅瓣的抑制性能更加有效,在此基础上,该文还研究了阵元个数、平均阵元间距、信号时宽和信号中心频率等因素对方法抑制栅瓣性能的影响。     

基于协同阵的超宽带MIMO成像阵列优化设计方法

在多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）雷达成像系统中,天线阵列配置是系统设计的一个关键问题,影响到成像质量、参数估计和目标检测等。阵列的拓扑结构、阵元数量及发射信号的形式等都会影响阵列设计的结果,合理的阵列设计有利于简化系统结构并降低信号处理的复杂度。与传统窄带分析有所不同,在超宽带条件下天线阵列表现出一些新的性质,可以用于实现阵列的稀疏化。本文推导了超宽带多输入多输出阵列角分辨率和旁瓣、栅瓣水平的计算式,提出了一种针对步进频率信号体制的超宽带多输入多输出阵列优化设计方法,仿真数据处理结果验证了本文方法的有效性。      

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。     

分布式阵列方向图综合方法研究

针对分布式阵列孔径栅瓣或旁瓣抑制问题,结合分布式阵列结构与方向图乘积定理, 提出了一种分布式阵列双程方向图设计方法。首先,通过综合适当的阵列因子和子阵方向图函数来最大限度地消除栅瓣并降低旁瓣级;其次,采用 Minimax 准则进行发射方向图权值设计来进一步抑制存在的栅瓣;最终,采用独立的发射和接收天线阵列,基于方向图相乘可以获得无栅瓣影响的大孔径分布式阵列。仿真分析结果表明,该方法能够有效抑制分布式阵列的栅瓣和旁瓣,获得期望的阵列方向图性能,有助于提高雷达探测能力。     

Position-modulated phased array-space factor considerations

The space factor of an element position-modulated array is expressed as an Anger function series for a general amplitude distribution. The behavior of the main lobe and the diffraction sidelobes for uniform excitation are presented in the form of universal curves. It is found that the nulls near the main lobe disappear for the modulation index above a critical value. The peak level of the grating plateaus and their shapes are given in terms of approximate expressions and are exactly determined computationally. The nature of the curves suitable for design of such arrays for a given scan range and permissible peak sidelobe level is given. An example shows that a high resolution beam may be obtained with a comparatively smaller number of elements than required by a uniformly illuminated periodic array. An exact-series summation formula for the directivity of nonuniformly spaced antenna arrays of isotropic elements is given. The directivity of the modulated array computed by this formula shows a smooth variation at the ends of the scan range in contrast to the sudden fall in the case of the periodic array.     

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。     

平面阵子阵级自适应波束形成方法研究

利用遗传算法(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。为进一步抑制平面阵俯仰和方位上的高旁瓣,对平面阵进行两级子阵划分,使平面阵方向图在俯仰和方位上均具有良好的主旁瓣电平比;为消除非均匀子阵结构各子阵通道噪声功率不同对子阵级自适应波束形成算法的影响,通过对阵列协方差矩阵进行奇异值分解、重构特征子空间,提出了基于特征空间重构的子阵级自适应波束形成方法。仿真结果表明了该方法的可行性与有效性。