岛基高频地波雷达天线研究

发布时间：2017-08-26 16:19

  本文关键词：岛基高频地波雷达天线研究

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【摘要】：高频地波雷达对海面的实时监测具有监测区域大,运行成本低,可全天候工作,探测精度高,抗干扰能力强,超视距等特点。但由于其工作频率(3~30MHz)以及探测要求的限制,高频地波雷达接收阵列天线的尺寸和占地面积庞大。而海岸线资源日趋紧张的今天,对高频地波雷达的研究转向在海岛架设的小型天线。本文针对海岛特殊环境以及地形较复杂的特点对天线性能进行研究,主要研究内容分为四个部分:第一部分,针对海岛恶劣环境下天线阵元易损坏且维修困难的问题,首先讨论了阵元损坏位置和数量对阵列方向图以及DOA估计的影响,然后根据单根阵元损坏的方向图特点诊断故障阵元的位置,最后对方向图采用零点约束最小二乘误差方向图合成方法补偿,对DOA估计采用数据隔离的方法进行补偿,仿真结果表明,阵元损坏位置越靠近阵面中间位置性能越差,本文采用的补偿方法对阵元缺损方向图发生的畸变有很大的改善,数据隔离方法对DOA估计补偿效果良好,利用高频地波雷达实测数据验证了此方法的可行性。第二部分,针对地形不平整和难以布阵的地形导致天线方向图发生畸变的问题,首先讨论了不同地形对天线方向图性能的影响,并根据地形与天线单元间相位关系对波束形成权值进行调整实现校正,然后对山丘或沟壑等障碍地形,采用遗传算法优化进行稀疏布阵并对子阵采用相位加权补偿,对于旁瓣电平的进一步优化采用切比雪夫加权的方式。仿真结果表明,该补偿算法和布阵方式是有效的。第三部分,针对海岛上地网铺设困难的问题,建立偶极子以及八元天线阵列的仿真模型,比较铺设地网前后天线的输入阻抗、最大辐射仰角、反射损耗、谐振频率、电压驻波比等特性,然后改变地网大小、形状、垂直距离比较天线上述主要参数,仿真结果为无地网岛基高频地波雷达天线的实际设计提供了理论支撑。第四部分,针对天线单元间的互耦问题,首先讨论了互耦对天线方向图和DOA估计的影响,然后提出了一种基于循环迭代的方法估计互耦系数,从而进行互耦自校正。此方法无限次迭代直至收敛到最优解,利用该方法对均匀线阵、均匀圆阵以及半弧海岛共形阵进行了互耦校正,仿真结果表明,小型阵列受互耦影响严重,且该方法对互耦校正有效。
【关键词】：岛基高频地波雷达 阵元失效 地形 地网 互耦校正
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN957.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 阵元失效天线性能研究现状11-12
• 1.2.2 地形不平整天线性能研究现状12
• 1.2.3 地网对天线性能影响研究现状12-13
• 1.2.4 天线互耦研究现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-15
• 1.4 本文结构安排15-17
• 第2章 阵元缺损情况天线性能的分析与补偿17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 阵元缺失方向图分析及位置诊断17-23
• 2.2.1 理论分析17-18
• 2.2.2 结果分析及故障阵元位置诊断18-23
• 2.3 阵元缺失情况方向图补偿23-24
• 2.3.1 零点约束下最小二乘误差的方向图合成23
• 2.3.2 仿真结果23-24
• 2.4 阵元失效DOA估计方法24-28
• 2.4.1 均匀线阵阵元失效DOA估计原理及性能仿真24-27
• 2.4.2 高频雷达实测数据验证27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 地形不平整情况天线性能分析与补偿29-42
• 3.1 不同地形对阵列方向图的影响分析29-33
• 3.2 不平整地形相位补偿加权33-34
• 3.2.1 相位补偿加权算法33
• 3.2.2 相位补偿仿真及性能分析33-34
• 3.3 不平整地形稀布阵优化34-37
• 3.3.1 稀布阵模型34-35
• 3.3.2 相位补偿加权的稀布阵优化35-36
• 3.3.3 切比雪夫加权优化36
• 3.3.4 仿真结果与分析36-37
• 3.4 遗传算法稀布阵优化37-40
• 3.4.1 遗传算法37-38
• 3.4.2 遗传算法实现稀疏布阵38-39
• 3.4.3 仿真结果与分析39-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 地网天线辐射特性分析42-58
• 4.1 地网对偶极子天线的影响42-51
• 4.1.1 地网对偶极子天线性能影响分析42-44
• 4.1.2 地网大小对偶极子天线性能影响分析44-47
• 4.1.3 地网形状对偶极子天线性能影响分析47-49
• 4.1.4 地网垂直高度对偶极子天线性能影响分析49-51
• 4.2 地网对均匀线阵天线性能的影响51-56
• 4.2.1 无地网天线阵列性能分析51-53
• 4.2.2 地网对均匀线阵性能的影响53-56
• 4.3 本章小结56-58
• 第5章 小型阵列天线单元互耦校正58-75
• 5.1 阵元互耦误差及其校正58-60
• 5.1.1 阵元互耦误差58-60
• 5.1.2 阵元互耦循环迭代自校正60
• 5.2 均匀线阵互耦校正60-64
• 5.2.1 互耦模型60-61
• 5.2.2 互耦对方向图影响及其校正61-62
• 5.2.3 互耦对DOA估计影响及其自校正62-63
• 5.2.4 阵元间距不同互耦对DOA估计影响63-64
• 5.3 均匀圆阵互耦校正64-68
• 5.3.1 均匀圆阵互耦模型64-65
• 5.3.2 互耦对方向图影响极其校正65-66
• 5.3.3 互耦对DOA估计影响及其自校正66-68
• 5.4 半弧海岛共形阵列互耦校正68-73
• 5.4.1 半弧海岛共形阵列互耦模型68-69
• 5.4.2 互耦对方向图影响及其自校正69-71
• 5.4.3 互耦对DOA估计影响及其自校正71-73
• 5.5 本章小结73-75
• 结论75-77
• 参考文献77-82
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果82-84
• 致谢84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 杨勇;谭渊;张晓发;袁乃昌;;基于模拟退火算法的阵列模型有源校正方法[J];国防科技大学学报;2011年01期

2 王凌;李国林;谢鑫;;互耦效应下用单快拍数据实现相干信源完全解相干和解耦合[J];电子与信息学报;2012年10期

3 吴彪;陈辉;胡晓琴;;基于Y型阵的互耦矩阵与DOA的同时估计方法[J];通信学报;2010年06期

4 徐振华;黄建国;卫哲;;幅度锥化低旁瓣和差波束方向图合成新方法[J];西安工业大学学报;2010年03期

5 张静;廖桂生;;基于ESPRIT的均匀互耦线阵DOA及互耦参数估计[J];系统工程与电子技术;2009年08期

6 王凌;李国林;孟晶;廖辉荣;;用一次快拍数据实现二维完全解相干和解互耦[J];系统工程与电子技术;2012年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 张挺伟;某地波雷达阵列天线互耦分析与阵列误差校正[D];西安电子科技大学;2010年

2 孙宏鑫;高频阵列小型化及其超分辨算法研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

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本文编号：742330