阵列天线方向图仿真系统设计与研究

针对阵列天线的布阵问题,设计了一种阵列天线仿真系统,实现了阵列天线设计的可视化操作。通过设置阵元数、波长、阵元间距等天线相关参数,系统能够实现直线、平面、圆形和圆柱四类阵列天线的仿真分析。针对四类阵列天线稀疏布阵问题,系统采用遗传算法,对稀疏阵列天线的方向图特性进行研究。通过系统的仿真,用户可以直观地观察阵列天线方向图的变化,从而调整相关参数实现阵列天线方向图的优化设计。该仿真系统具有操作简单、页面简洁、交互性强等特点,能够支持和辅助用户分析与设计阵列天线。     

射频仿真实验室阵列天线物理校准方法

结合射频仿真实验室建设的需要,针对射频仿真实验室阵列天线位置和姿态的物理校准进行了研究,提出了一种全新的物理校准方法.首先,建立了射频仿真实验室阵面坐标系,对球形阵面三元组阵列天线坐标进行了计算,并给出了阵列天线球面坐标的严密算法;其次,围绕物理校准流程,对全站仪的安装方式、观测方法、测试数据归算方法及阵列天线六自由度的调整方法进行了详细介绍;最后,以球形阵面半径为18m和30 m两个大型射频仿真实验室的物理校准结果为例,验证了该方法在精确位置计算方面的效果.本方法具有一定的创新性和工程应用价值,已在多个此类项目中得到成功应用.     

阵列天线的FEKO仿真分析

为在有限的硬件资源下,对复杂单元的大规模阵列天线进行有效分析,提出采用FEKO软件分析任意大规模阵列天线的有效方法. 首先应用FEKO进行相控阵分析,然后根据阵列天线的单元激励方向图(Active Element Pattern,AEP)进行阵列天线FEKO仿真分析. 实例表明,在普通硬件资源条件下,FEKO仿真分析可以在考虑单元互耦等实际因素的影响下,分析任意大规模阵列的方向图和端口特性等指标.     

基于均匀圆阵的改进UCA-ESPRIT算法

波达方向(DOA)估计是阵列信号处理的研究热点和难点之一。基于阵列天线, 利用空间谱估计理论进行DOA估计,提出一种改进算法——I-UCA-ESPRIT。首先根据均匀圆阵(UCA)的中心对称性,将输入信号进行重新排列;然后将重新排列的信号进行实值转换,并对相关矩阵进行特征值分解;最后引入SVD算法,以求解来波信号的方位角和俯仰角。仿真结果表明,该算法不仅适用于DOA估计的非相干信号和相干信号,且优于UCA-RB-MUSIC算法和UCA-ESPRIT算法。     

带支撑物圆阵阵列信号处理算法及仿真分析

传统阵列信号处理算法一般都不考虑障碍物对阵列响应的影响,实际中阵列支撑物会对阵列接收信号会产生影响。以环绕在刚性圆柱体上的均匀圆阵为阵列模型,研究了特征波束空间波束形成和高分辨方位角估计算法性能,分析了各种因素对算法性能的影响。研究结果说明,特征波束域高分辨方位角估计算法能有效地估计出多个声源的方位角,阵列支撑物的存在提高了特征波束形成和高分辨方位角估计算法性能,为方位角估计提供了一种有效的方法。     

新型宽带天线阵列

(2012-326-英国-195)曼切斯特大学发明的一种新颖、成本低、重量轻、极宽带阵列天线具有双偏振能力的天线阵列。该天线阵列的频率比>3:1,使其应用范围可以扩展到更多领域。它可以作为一个可操纵的阵列(发送,接收或两者),并具有低的交叉极化水平。同时它也可以进行多种传输服务。该天线应用领域包括移动/海洋通信,国防/安全,雷达成像,医疗保健监测等。     

基于均匀圆阵的闭环式单基站测向算法研究

为了估算基于均匀圆阵列(UCA)的三维(3D)单基站测向(方位角、仰角和区间),提出了一种改进的适用于三维场景的闭环式算法。该算法是一种计算过程较简单的通用算法,无需使用均匀圆阵列的中心对称性,没有任何传感器数量的限制,只需要一个单独的最小平方程序用于估算基站的位置,并可以估算所有的三维测向参数。实验结果表明,相比多种类似算法,所提算法的性能可与三维MUSIC算法的性能相媲美,且计算复杂度更低,实现速度更快。     

基于遗传算法的低副瓣阵列天线综合

为得到更低副瓣的方向图,建立16单元线天线阵和32×32单元面天线阵遗传算法模型,并对这两类阵列天线方向图进行综合。将综合仿真结果与Chebyshev、Taylor两种传统综合方法进行比较。比较结果表明,遗传算法优化方向图的第1副瓣电平可达-40dB,且优化效率比传统方法高很多。为遗传算法在阵列天线方向图综合中的应用提供了技术支持。     

基于均匀圆阵的相干信源二维角估计方法

论述了一种利用旋转子空间不变技术对相干信源二维角估计的方法。此方法通过对天线阵列进行虚拟平移，相当于将信号矢量进行旋转，从而使相干信号源的协方差矩阵的秩恢复为满秩，达到去相干的目的。该方法解决了均匀圆阵对二维相干源的测向问题。计算机仿真结果证实了该算法的有效性。     

阵列天线通道误差的盲估计

基于特征值分解的高分辨DOA估计算法,在理想阵列天线条件下,性能很好,能够精确估算出信号的方位角。但是当存在噪声扰动和天线自身存在误差时,会严重恶化这一类算法的性能,使其分辨率下降。本文提出了一种盲估计方法,此方法不需要知道信号源的方位角,就能精确估计出阵列天线的通道误差。     

均匀圆形阵列基于指数形式导数更新的STAP算法

机载相控阵雷达采用均匀圆形阵列天线具有全方位扫描、同时实现仰俯-方位角估计和天线方向图好等优点;但圆形天线特殊的几何结构使得其各距离单元回波不是独立同分布的样本,造成了空时自适应处理技术性能急剧下降。本文提出了一种基于指数形式导数更新(Exponent derivative based updating,EDBU)的杂波抑制方法,该方法通过对样本数据进行指数形式扩展, 减小均匀圆形天线机载雷达杂波的非均匀程度,提高统计型空时自适应处理(Space time adaptive processing, STAP)处理器的性能。仿真结果表明,该方法不仅明显好于局域处理和杂波距离依赖性补偿算法,而且也优于传统的基于导数更新法。     

均匀圆阵下微波光子鉴相相关干涉仪测向算法

为实现高频段微波信号的精确测向,提出了一种基于微波光子鉴相器的均匀圆阵相关干涉仪测向算法。为克服传统的电域鉴相器工作频段低、带宽窄的缺点,利用微波光子技术高频段、大带宽、低损耗和抗电磁干扰的优点,基于双偏振调制器设计一种微波光子鉴相器,利用光干涉将相位差信息映射为光信号功率,通过测量功率计算出相位差。该微波光子鉴相器精度高,能实现±180°的相位差测定,鉴相精度为±2°。利用余弦函数克服了传统相关干涉仪存在的相位模糊问题。同时,为确保算法的实时性,测向算法需选取适当的步进角度。为克服步进角度引入的测向误差,利用二维抛物面进行拟合插值运算,从而提高算法的精确度。最后,通过仿真验证了微波光子鉴相器和相关干涉仪测向算法的有效性。     

基于FRFT的均匀圆阵DOA估计

针对广泛应用于第三代移动通信系统中的均匀圆阵,将分数阶Fourier变换的时频特性和分数阶Fourier域波束形成技术相结合,给出一种多分量LFM信号的波达方向估计算法。与其他方法相比,该算法在一定程度上提高了精确度。仿真验证了在多径和多普勒频移存在的复杂信道中算法的有效性。     

阻性传感器阵列测试方法的多软件联合仿真系统

因易于实现和较高的空间分辨率,阻性传感器阵列(RSA)被广泛应用于电子皮肤中。RSA的性能不仅依赖于其制备技术,也与其测试方法性能紧密关联。良好的RSA测试方法应具有测量误差小、读出速率高和电路复杂度低等特点。为了快速评估RSA测试方法的性能,本文设计了由LabVIEW、MATLAB、Multisim混合编程实现的联合仿真系统,三个软件分别负责联合仿真系统的控制及显示、数据的处理和测试电路的搭建及电路仿真。首先,本文描述了联合仿真系统的框架和功能。其次,介绍了Resistance Matrix Approach(RMA)的原理并提出Improved RMA(IRMA),而后利用联合仿真系统仿真了这两种方法。最后,搭建4×4阻性阵列实物系统验证仿真结果。结果表明,该系统能够有效正确地评估RSA测试方法的基本性能,且IRMA的测量精度和阻值量程优于RMA。     

基于内窥超声环阵换能器的快速成像方法研究

随着超声快速成像技术的发展,诞生了一系列新型超声成像模态,大大提高了病变诊断的准 确性和特异性。但这些新技术都需要较高的成像帧率来实现对组织瞬时变化的精确追踪。然而目前已 有的几种快速成像算法都是基于线阵、凸阵以及平面阵的,还没有完全应用到内窥环阵换能器上,导 致这些新技术还无法很好地应用到内窥成像中。为此,该文研究了 3 种基于内窥超声环阵换能器的快 速成像方法,并进行了图像重建的理论推导以及仿真实验验证。结果表明,3 种快速成像算法都可以 将成像帧率提高到 1 kHz 以上,同时将横向分辨率限制在 2 mm 以内。     

一种基于DSP的可循环读写文件系统设计

针对以DSP为核心的嵌入式系统缺乏有效的文件管理和数据存储的问题,在研究文件系统基本架构、存储空间管理的基础上,设计了一种可循环读写的文件系统。实践证明,该文件系统有效实现了文件管理、文件的可循环读写等功能。另外,针对文件系统的资源消耗和可靠性的问题作了专门的设计,具有较高的可靠性和操作效率。     

基于均匀设计的蚁群算法参数设定

蚁群算法的参数设置一直是依靠经验和试验来确定,造成试验工作量大且难以得到最优的参数组合,影响了算法的使用．通过将蚁群算法基本模型的参数设定问题描述成均匀设计中多因素多水平的试验设计．从而能够用较少的试验很快设定算法参数的取值．TSP问题的仿真试验表明,利用均匀设计得到的参数组合可使蚁群算法获得较优的运行性能．说明了该方法的可行性和有效性．     

基于改进遗传算法的圆阵列方向图联合优化

为降低圆阵列方向图的峰值旁瓣电平,提出一种基于改进遗传算法的圆阵列方向图优化方法。将阵元位置和阵元权值作为联合优化变量,以最小化波束方向图峰值旁瓣为目标函数,采用遗传算法优化阵元位置和阵元权值,以增加变量的自由度,在采用双重选择机制的基础上,结合差分进化、内插/外推、单点交叉和多点交叉4种方式实现交叉变异。实验结果表明,该方法能降低陷入局部最优点的概率,具有较好的适应度和较快的收敛速度,使峰值旁瓣电平降低至?12.611 dB。