极化相控阵雷达波束形成与极化合成技术研究

发布时间：2017-10-09 11:27

  本文关键词：极化相控阵雷达波束形成与极化合成技术研究

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【摘要】：极化相控阵雷达与传统相控阵雷达不同,它不仅可以对阵列的空间辐射电场进行能量控制,还可以进行极化控制。极化相控阵雷达可以控制和得到电磁信号的空间信息,又可以控制和获取极化信息,这使得极化相控阵雷达有较强的抗干扰能力,稳健的检测能力,较高的系统分辨能力和极化多址能力,因此研究极化相控阵雷达有重要的军事和民事应用价值。本文研究极化相控阵雷达波束形成与极化合成,主要内容分为三个部分:第一部分,研究相控阵雷达波束形成。首先,研究均匀线阵条件下的波束形成,推导方向图表达式,并进行旁瓣约束和零点控制。然后,将均匀线阵的情况推广到均匀面阵。最后,由于实际波束形成环境的非理想性,分析了随机幅相误差对波束形成的影响。仿真结果表明,所应用的方向图合成方法能够较好地拟合期望方向图,与理论分析相一致。第二部分,研究极化合成相关知识。首先,描述了波形极化的概念,包括完全极化波的定义、表征方法以及极化转换。其次,建立了极化相控阵雷达信号模型,研究极化相控阵雷达极化域-空域联合表征,着重推导了一对相互垂直的电偶极子为阵元基础的阵列最优极化波束形成算法。最后,仿真分析了波束形成与极化合成的独立性和相关性。第三部分,研究最优极化波束形成。首先,研究固定阵列的最优极化波束形成方法,设计偶极子权重来进行最优极化方向图合成,通过将问题转换为凸优化形式,添加相应的约束,采用不同的方法实现极化控制和方向图合成。其次,为对抗噪声和电子干扰,推导了旁瓣极化、零点约束、旁瓣极化与零点约束联合和任意旁瓣限制下的最优极化波束形成算法,提高了极化相控阵雷达的抗干扰性能。最后,根据实际情况,推导了偶极子指向发生偏差的任意阵列最优极化波束形成公式,转换为SOCP(二阶锥规划)来求解,仿真结果表明阵列在有扰动的情况下依然能够得到期望的极化波束。
【关键词】：相控阵 极化 波束形成 凸优化
【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】：TN958.92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 国内外研究和发展现状10-14
• 1.3 论文主要研究内容14-16
• 第2章 相控阵雷达波束形成16-27
• 2.1 均匀线阵波束形成16-20
• 2.1.1 线阵波束形成公式化16-19
• 2.1.2 仿真结果19-20
• 2.2 均匀面阵波束形成20-24
• 2.2.1 面阵波束形成公式化21-22
• 2.2.2 仿真结果22-24
• 2.3 误差对波束形成的影响24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 极化合成技术27-39
• 3.1 波形极化27-30
• 3.1.1 完全极化波27-28
• 3.1.2 极化转换28-30
• 3.2 极化相控阵雷达极化域-空域联合表征30-35
• 3.2.1 天线极化30
• 3.2.2 极化相控阵雷达天线阵元响应30-32
• 3.2.3 极化相控阵雷达天线阵列响应32-35
• 3.3 波束控制与极化的独立性与相关性分析35-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 最优极化波束形成39-57
• 4.1 固定阵列最优极化波束形成39-44
• 4.1.1 总的旁瓣能量最小下的极化波束形成39-41
• 4.1.2 最大旁瓣能量最小下的极化波束形成41-44
• 4.2 干扰存在情况下的最优极化波束形成44-51
• 4.2.1 零点约束下的最优极化波束形成44-45
• 4.2.2 旁瓣极化约束下的最优极化波束形成45-47
• 4.2.3 旁瓣极化与零点约束联合下的最优极化波束形成47-48
• 4.2.4 性能仿真48-51
• 4.3 随机阵列最优极化波束形成51-56
• 4.3.1 随机阵列阵列响应51-52
• 4.3.2 坐标变换52-53
• 4.3.3 随机阵列最优极化波束形成53-55
• 4.3.4 仿真分析55-56
• 4.4 本章小结56-57
• 结论57-59
• 参考文献59-64
• 攻读学位期间发表的学术论文64-66
• 致谢66

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