稀布共形天线阵列的优化布阵算法研究

发布时间：2020-08-06 23:53

【摘要】：以机载机会阵雷达为研究背景,针对机会阵的天线阵元在三维载体上共形分布、阵元的激励、位置和指向等信息可控的特点,本文对共形天线阵列的稀布优化布阵问题开展研究。然而,由于阵列辐射方向图是阵元位置的非线性函数,稀布阵列的优化布阵问题是一个多维非线性优化问题,目前仍是一个难题。本文运用粒子群、凸优化、正交微扰等多种算法作为优化工具,分别对稀布直线阵、稀布平面阵、稀布圆环阵、稀布圆锥阵和稀布圆柱阵等不同的稀布阵列进行优化布阵,具体研究内容和成果如下:(1)建立了共形天线阵列的数学模型,给出了共形阵辐射方向图的矩阵形式,并进行极化方向图分析;分析了天线阵列的优化综合现状,研究了切比雪夫综合法和粒子群优化布阵算法,通过仿真实验分析了算法的性能。(2)研究了低副瓣低交叉极化下的最优方向性共形阵优化布阵算法,针对共形阵列优化布阵的强方向性系数、旁瓣抑制和交叉极化抑制这一多目标模型,给出了一种基于多目标粒子群与二阶锥规划的混合优化算法。该算法将多目标粒子群用于优化阵元位置,对每一个固定天线阵列结构引入二阶锥规划优化阵元激励,从而实现了稀布共形阵的最优阵列布局。对有向稀布圆环阵和稀布圆锥阵的仿真结果表明,该算法相较于传统的进化算法能够获得更好的辐射方向图性能。(3)研究了基于正交微扰的任意阵列优化布阵方法。针对进化算法在处理优化布阵这一非线性优化问题时的时间复杂度高、算法稳定性差等问题,给出了一种高效的优化布阵解析算法——正交微扰法。该算法将方向性函数表示为一组正交基的线性组合,利用期望方向图与初始方向图的距离不断迭代更新阵元位置,仿真实例验证了算法的有效性和高效性。(4)研究了非均匀激励下的正交微扰算法。给出了一种量化激励下的正交微扰法,采用量化幅值激励下的初始阵列布局作为迭代初始点,在提高算法迭代速度的同时能够更好地逼近期望方向图。在此基础上,构建了几种不同优化布阵的凸模型,将凸优化算法与正交微扰算法结合,对有向稀布圆环阵和稀布圆柱阵实现了最优阵列布局。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.2

【参考文献】