非理想阵列天线的容差分析及优化设计算法研究

发布时间：2017-08-13 22:04

  本文关键词：非理想阵列天线的容差分析及优化设计算法研究

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【摘要】：在实际工程中,受制造工艺和工作环境等因素的影响,阵列天线的控制参数通常存在一定的误差。这些不确定性误差会引起天线阵激励幅度和相位的不确定性,从而导致天线的性能参数在一定范围内产生波动。因此,在实际天线阵系统的分析和设计过程中有必要预估出这些不确定性因素对天线性能所造成的影响,从而减少阵列校正造成的时间及成本损耗,并保证阵列误差存在时天线阵仍能获得期望的辐射性能。本文主要围绕非理想阵列天线的容差分析和优化设计两个方面展开研究,具体工作如下:1、采用非概率区间分析(IA)方法对非理想均匀线阵进行了容差分析,考虑天线阵的幅度误差和相位误差,分别建立了两种误差单独或同时存在时的阵列天线功率方向图函数的区间模型,并结合实际的指标要求仿真分析了旁瓣电平、主瓣宽度、方向性系数等主要性能参数对幅相联合误差的容限,从而估计出天线所允许的最差性能情况,为天线设计提供了理论参考。2、针对IA算法在误差较大或同时存在多种误差时产生的区间扩张问题,提出了二阶摄动法,将小区间不确定参量的解区间求解问题转化为求解系统响应的低阶Taylor展开摄动量,从而更好的逼近实际功率变化区间。仿真结果表明,在一定的误差范围内,可使用二阶摄动法代替IA法来计算阵列功率方向图函数的区间值,从而有效提高计算精度。3、针对多种阵列误差存在时的天线阵优化设计问题,提出了区间-凸优化(IA-CP)算法,通过建立基于IA的阵列激励幅值的凸优化模型综合出符合性能指标的功率方向图。相较于现有的区间-粒子群(IA-PSO)算法,本算法在相同的误差情况下能够获得更优的阵列激励参数。此外,本文还综合考虑了多种阵列误差(包括幅度误差、相位误差、幅相联合误差)以及阵元数对优化结果的影响。仿真实验表明,基于IA-CP算法的阵列综合技术不仅对阵列的幅相误差具有较好的稳健性,而且还能适用于大型天线阵中。
【关键词】：阵列天线 区间分析 摄动法 粒子群算法 凸优化
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展态势11-13
• 1.2.1 阵列天线容差分析相关算法11-12
• 1.2.2 阵列天线优化设计相关算法12-13
• 1.3 主要内容及结构安排13-15
• 第二章 阵列天线基础理论及区间分析方法的介绍15-30
• 2.1 阵列天线基础理论15-23
• 2.1.1 阵列天线方向图乘积原理15-16
• 2.1.2 阵列天线的主要参数16-18
• 2.1.3 传统的阵列天线方向图综合算法18-22
• 2.1.4 基于粒子群优化算法的方向图综合方法22-23
• 2.2 区间分析方法的基本理论23-29
• 2.2.1 区间数的概念及其运算24-25
• 2.2.2 复区间数的概念及其运算25
• 2.2.3 区间变量函数与区间值函数25-27
• 2.2.4 函数的区间扩张问题及处理方法27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 非理想阵列天线的容差分析算法研究30-56
• 3.1 引言30
• 3.2 基于IA算法的非理想阵列天线容差分析30-50
• 3.2.1 幅度误差对阵列天线性能的影响及容差分析30-36
• 3.2.2 相位误差对阵列天线性能的影响及容差分析36-40
• 3.2.3 幅相联合误差对阵列天线性能的影响及容差分析40-42
• 3.2.4 仿真实验及分析42-50
• 3.3 基于摄动法的非理想阵列天线容差分析50-55
• 3.3.1 一阶区间摄动法50-51
• 3.3.2 二阶区间摄动法51-52
• 3.3.3 仿真实验与分析52-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 非理想阵列天线的优化设计算法研究56-72
• 4.1 引言56
• 4.2 基于IA-PSO算法的非理想阵列天线优化设计56-59
• 4.3 基于IA-CP算法的非理想阵列天线优化设计59-64
• 4.3.1 阵列模型建立59-60
• 4.3.2 幅度误差存在时的优化设计60-62
• 4.3.3 相位误差存在时的优化设计62-63
• 4.3.4 幅相联合误差存在时的优化设计63-64
• 4.4 仿真实验与分析64-71
• 4.5 本章小结71-72
• 第五章 总结及展望72-74
• 5.1 全文总结72-73
• 5.2 工作展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果79-80

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本文编号：669210