一种均匀圆阵子阵干扰抑制DOA估计算法

常规空间谱估计算法在强干扰背景下往往无法正确估计弱信号的来波方向。针对此问题,本文提出了一种均匀圆阵子阵干扰抑制波达方向估计算法。将整个阵列划分为若干个子阵,利用提出的最小二乘波束形成算法分别对子阵波束加权以抗干扰,加权后的子阵可以看作是一个‘有向阵元’,将它们组成一个新的虚拟阵列,再进行超分辨谱估计。该方法通过子阵波束形成抑制强干扰,子阵输出中消除了强干扰分量,因此能够实现弱信号波达方向的正确估计,同时弱信号到达角估计的成功概率也得到了提高。最后计算机仿真实验验证了本文算法的有效性和正确性。      

旁瓣约束和二阶零点相结合的GPS矩形平面阵列设计

针对GPS面临的功率小、数量众多的隐性干扰和功率大的显性干扰,采用基于旁瓣约束和二阶零点联合约束的方法来进行GPS平面阵列的设计,利用旁瓣约束来消除从旁瓣进入的隐性干扰,采用二阶零点来消除显性干扰.仿真结果表明,该设计能够对从旁瓣进入的功率较小的隐性干扰进行最小为旁瓣约束的抑制;同时,在功率很强的干扰方向产生比零阶零点更深更大范围的零点;基于旁瓣约束和二阶零点的平面阵列很适合作为GPS抗干扰接收机的天线阵列设计方案.     

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。      

天线阵列对多波束信号的接收与处理的改进算法及优化

主要讨论了天线阵列在产生多波束方面的研究工作,对于多个方向上来的信号,若不考虑背景噪声,只要阵元数大于所要接收的信号数,就可以无失真地对恢复各个信号,一个阵列要发射独立的6个波束,或者等效地独立接收6个不同方向的信号,需要6组权值,分别产生6组单波束,将其叠加。由于单波束的主瓣宽度等影响,6个单波束之间的互相影响很严重,为此设计了与现有方法不同的方法来优化加权值,取得了很好的效果。在研究的过程中,发现单纯地形成零点并不一定能够取得很好的效果,波束与波束之间的影响是由于在主瓣的位置上有其他波束旁瓣造成的,形成零点并不能降低旁瓣的影响,为此定义了互增益这一新的参数,以此来衡量波束与波束之间的影响,相比已有算法更为有效。并通过在MATLAB下仿真证明了这些观点。     

一种基于面阵的旁瓣对消方法

目前基于阵列的旁瓣对消方法,主要是通过自适应算法对各阵元进行幅度和相位加权,使得阵列波束图在于扰方向上形成零陷,即可对该方向上的干扰进行抑制。由于利用了自适应算法,所以随着阵元数的增多,该算法的硬件实现将越来越难,甚至会导致算法失效。以面阵为倒,提出了两种在干扰来波方向上快速形成零陷的方法。这两种方法摒弃了以往方法中的自适应权值求取过程,只需要利用事先求取好的权值对选定的阵元进行加权处理,极大地增强了系统的实时处理能力。另外,两种方法形成的零陷足够深且宽,对主瓣没有影响。     

基于模式转换自适应零点形成的研究

利用模式空间变换算法将均匀圆阵转换为均匀线阵,在虚拟线阵的阵列流形中,比较了Gram-Schmidt正交化算法、自适应旁瓣对消和SMI算法这三种算法形成的方向图。G-S正交化算法可以在干扰方向准确地形成零点,但是没有很深的零陷深度;SMI算法的计算量比较大,因此在零点方向上有稍微的误差,但经过旁瓣对消的虚拟线阵的方向图有很深的零点深度。仿真结果表明,经过旁瓣对消的方向图主瓣增益损失较少,副瓣高度降低,主瓣比副瓣高大约10 dB~12 dB。     

二维相控阵的自适应—自适应旁瓣对消策略

传统旁瓣对消方法采用单元天线作为辅助通道,系统对消输出的信噪比较低,且合成阵列存在较高的副瓣抬升隐患。针对二维稀疏阵列的应用特点,提出一种新的自适应—自适应旁瓣对消策略。该方法取代了传统方法中使用的单元天线以及数字加权方法,使用小型阵列作为辅助通道和射频加权,并借助辅助通道对干扰方向进行估计,根据估计得到的干扰方向信息对辅助子阵列内部的射频加权系数进行调整,使得辅助通道的波束最大可能地对准干扰方向。最后利用恒增益对消技术,实现主阵列中的旁瓣对消。仿真实验结果表明了该方法的有效性和优势。     

一种阵列天线的去耦合技术应用北大核心CSCD

相控阵接收机是将小型阵列天线放置在射电望远镜焦平面位置，通过波束合成器瞬时形成多个交叠波束、实现连续视场覆盖的信号接收技术。作为阵列天线的一种，相控阵接收机前端的天线阵列由于各阵元排列紧密，阵元之间的电磁耦合在所难免。本文利用常规互阻抗法对四阵元微带天线阵列进行耦合效应分析，通过各端口开路电压及阻抗矩阵求解耦合电压，借此调整波束合成网络以实现阵列的去耦合功能。通过去耦前后的实测方向图比对，可以看到阵列的主波束方向、旁瓣电平及对称性都有了一定的改善，以此验证了该解耦技术的可行性。     

基于二次组阵的低旁瓣波束形成方法

为了有效地降低阵列天线在数字波束形成过程中旁瓣水平,提出了一种通过二次组阵实现的低旁瓣自适应波束形成方法。在阵列相互重叠的子阵划分基础上,通过子阵对期望信号及干扰信号进行自适应波束形成,实现对期望信号的增益接收以及对干扰信号的深度抑制。在子阵数字波束形成的基础上,对各个子阵的输出运用二次组阵的方法,对二次组阵的方向图在约束条件下进行波束合成实现对子阵方向图中旁瓣的对消补偿,从而达到降低旁瓣的目的。通过理论分析和实验仿真表明,与常规LCMV方法相比,基于二次组阵的波束形成方法在保证了对干扰信号深度抑制的同时,有效地降低了方向图中的旁瓣水平,提高了系统的抗干扰性能。     

基于凸优化的低复杂度平面阵列综合方法

针对运用凸优化方法综合平面阵列耗时较长的问题,提出一种基于凸优化的低复杂度平面阵列综合方法。该方法将基于加权?1范数最小化的平面阵列综合模型中二维波束旁瓣约束条件转换成横向阵列和纵向阵列的一维波束旁瓣约束问题,从而降低了凸优化的约束条件数,有效加快了算法的收敛速度。仿真结果表明,该方法虽然在平面阵列综合的稀疏程度方面要稍劣于传统凸优化方法,但是它能快速获得具有大范围低波束旁瓣电平以及更短孔径的平面阵列。     

一种利用幅值抖动形成阵列零陷的方法

该文提出了一种在阵元关于阵列中心对称的线阵中利用幅值抖动形成零陷的方法,该方法能够在多个强干扰源方向或在较宽的范围形成深度零陷, 而不影响主瓣, 同时克服了传统幅值抖动方法零陷深度不足、旁瓣水平高的缺陷。该方法使得移相器只需用来控制主瓣方向, 加快了响应速度。仿真表明,该算法实现简单,且其性能可与复权值控制方法的性能相比。同时由于幅度抖动的对称性, 在中心对称的线阵中只需要天线数目一半的衰减器, 成本较低。     

MIMO雷达波束形成的低副瓣LCMV算法

针对大口径稀布MIMO雷达副瓣抬高和抗干扰性能劣化的问题,本文提出一种改进的线性约束最小方差（LCMV）波束形成算法。通过密集虚拟干扰构造低副瓣权,并采用修正约束的LCMV算法形成零陷。修正后的约束条件使得方向图达到在指定区域形成零陷,而在非指定区域保持低副瓣的效果。该算法在保持低副瓣电平的同时还能有效抑制干扰,特别是在低系统自由度的条件下能有效解决MIMO雷达方向图低副瓣和远区杂波干扰问题。仿真结果验证了所提算法的有效性。      

一种平面阵的非均匀子阵划分方法

大型相控阵雷达阵元数目众多,系统结构复杂,在实际中一般采用子阵结构,以减少通道数和设计成本。均匀划分的子阵级波束形成会产生栅瓣和栅零点;设计合理的非均匀划分方法可以有效的抑制栅瓣和栅零点,缺点是旁瓣较高和自适应性能下降。本文针对等幅平面阵提出了一种简单的非均匀划分子阵的方法,能够打乱子阵排列的周期性,有效降低了子阵级方向图的旁瓣。仿真验证了该方法的有效性。     

基于混合三角变异差分进化算法的平面稀疏阵列约束优化

针对旁瓣零陷凹面约束的稀疏平面阵列优化及算法早熟等问题,该文基于参数自适应的思想,提出一种混合三角变异差分进化算法。通过引入旁瓣零陷凹面约束矩阵,构建自适应惩罚函数,时变权重组合变异策略与交叉策略,提高算法前期全局搜索能力和后期收敛能力,最终实现峰值旁瓣电平和旁瓣零陷凹面的平面阵列约束优化。仿真结果表明,对比混合三角变异策略前的算法,该算法在完成稀疏阵列峰值旁瓣电平优化的同时,能在指定旁瓣区域完成零陷凹面设计,降低有源干扰影响。

     

Spatial correlations in adaptive arrays

A receiving array antenna can steer its main beam toward any direction by adjusting the complex weight in each element. However it cannot always steer one beam and one null toward two prespecified directions simultaneously with a single set of weights. The ability for an array to steer one beam and one or more nulls simultaneously is determined by five factors: 1) element positions, 2) orientations of elements, 3) antenna patterns of elements, 4) polarizations of signals, and 5) directions of the beams and/or nulls. A coefficient is defined, called spatial correlation, which includes these factors and completely characterizes array beam pointing and nulling. Its application to adaptive arrays is demonstrated. The adaptive array performance is dominated by this coefficient and can be improved by properly choosing the first three factors. Several examples on the selection of element placement in adaptive arrays are presented.     

一款具有稳定扫描波束分辨率的宽视角相控阵天线北大核心CSCD

基于自适应稀疏阵的结构,提出了一种具有宽视角与稳定扫描波束分辨率性能的相控阵天线。阵列单元是可以在相同谐振频率下实现TM;和TM;两种模式共同工作的单激励圆环贴片天线,其具有140°的半功率波束宽度,这种宽波束辐射效果能够较好地拓展相控阵天线的扫描范围。基于此单元构建了一个35元线阵,对其波束扫描分析发现在限定增益波动小于2 dB的条件下阵列扫描范围可以达到-70°~+70°,但主瓣波束宽度随着扫描角度的增加而增大。为解决这个问题,引入了自适应稀疏阵的概念,并采用基于互耦补偿矩阵的迭代快速傅里叶变换(Iterative Fast Fourier Transform,IFFT)技术进行自适应稀疏阵的优化设计。结果表明,所提出的基于自适应稀疏阵结构的35单元相控阵天线在-60°~+60°扫描范围内增益波动始终小于1.5 dB,波束宽度波动小于1°,且峰值旁瓣电平基本保持在-20 dB以下。相较于均匀周期阵列,所提出的自适应稀疏相控阵天线能够在实现低旁瓣宽视角扫描的同时,有效提高天线在宽角度范围内扫描波束分辨率的稳定性。     

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。     

有限测试距离对GNSS抗干扰天线阵远场测试的影响

文章分析了暗室测试中有限测试距离对GNSS抗干扰天线阵测量结果的影响.在固定波束情况下,远场测试条件遵循经典结论,即在待测天线与探头天线距离大于2D²/λ（D为待测天线有效孔径）时,有限测试距离对方向图主瓣影响很小,但会掩盖方向图波瓣零点;在自适应处理情况下,由于自适应权会自动补偿干扰导向矢量误差,所以有限距离误差并不会对零点的位置和深度造成影响,对方向图除零点之外部分的增益造成一定偏差,但是这些增益偏差不会对抗干扰天线阵的平均阵列增益覆盖率造成显著影响.所以,在满足经典远场条件的暗室内进行抗干扰测试,接收机的干扰抑制能力和可用性能均不会受到影响.     

0-1规划的稀布同心圆阵方法研究

提出了一种基于0-1规划的稀布同心圆阵设计方法.将差分进化算法应用于0-1规划中,截取通过同心圆阵面主波束的多个切面,以切面内远场辐射方向图的副瓣电平、波束宽度和阵列单元数量为目标,降低相控阵成本.文中对一个9环和一个10环同心圆阵进行了仿真计算分析,证实了方法的有效性.使用该方法计算后,9环同心圆阵单元数量由原来的279个减少为161个,副瓣电平由原来的-17.4 dB降低为-20.8 dB,半功率波束宽度增大了0.22°.10环同心圆阵单元数量由原来的341个减少为190个,副瓣电平由原来的-17.4 dB降低为-23.9 dB,半功率波束宽度增大了0.79°.     

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。