基于优化算法的机载三维阵列天线旁瓣抑制

发布时间：2017-09-19 00:43

  本文关键词：基于优化算法的机载三维阵列天线旁瓣抑制

  更多相关文章： 方向图综合 三维阵列 分布式阵列 粒子群优化 凸优化 旁瓣抑制 栅瓣抑制

【摘要】：当前,机载三维阵列天线在机载雷达、机载数据链、电子对抗中的地位越来越重要,其阵列结构与飞行器外形保持一致,能够在不改变载机气动性能和隐身性能的前提下,通过优化阵列的各项参数实现方向图综合,已经被广泛应用于机载/舰载雷达、通信等领域。本文采用了拉格朗日乘数法、粒子群算法和凸优化算法等各种优化算法,围绕阵列天线辐射方向图综合的数学模型与性能分析、三维阵列方向图的旁瓣抑制、分布式线阵方向图的栅瓣抑制和机载分布式三维阵列方向图的旁瓣抑制等问题开展研究。主要研究内容与成果如下:(1)建立了远场条件下阵列天线辐射方向图综合的数学模型,给出了阵列坐标系和阵元坐标系的转换关系,在不考虑互耦的前提下,推导了方向图综合的表达式,并给出其矩阵形式。基于极化方向性系数最大,分析了影响方向图性能的因素,仿真结果表明,阵元类型、子阵间距和阵元分布模型会对方向性系数、旁瓣电平、交叉极化等方向图性能参数产生影响。(2)研究了三维阵列方向图的旁瓣抑制。针对方向图主辐射综合和低旁瓣约束的多目标优化问题,采用多目标粒子群算法解决该优化问题,仿真结果验证了该算法的有效性;同时给出了一种基于偏好信息的改进的多目标粒子群算法,减少了粒子个数和迭代次数,提高了算法的收敛性;构造了多目标方向图综合的凸优化模型,并应用到三维阵列方向图的旁瓣抑制中,能够根据设定的门限得到相应的最优解。(3)研究了分布式线阵方向图的栅瓣抑制。以分布式线阵为模型,验证了多目标粒子群算法在栅瓣抑制中的有效性;给出了一种基于粒子群-凸优化的混合优化算法,将粒子群作为全局优化算法,凸优化作为局部优化算法,对阵列的位置和激励权值进行优化,仿真结果表明,该算法具有更好的栅瓣抑制效果;针对阵元位置误差等扰动带来的阵列流型失配问题,给出了一种稳健的栅瓣抑制算法,引入阵列流型失配校正,重构稳健条件下的凸优化模型,能够得到稳健的阵列优化权值和阵列优化布局。(4)研究了机载分布式三维阵列方向图的旁瓣抑制。以机载三维阵列为模型,进行辐射性能分析,仿真结果表明,分布式三维阵列在主瓣宽度、方向性系数、交叉极化等辐射性能方面优于圆环阵面和圆锥阵面;给出了一种基于最大辐射角度的子阵划分方法,减少工作阵元的数量,降低阵列天线的能量消耗;将多目标离散粒子群与凸优化相结合,进行阵元工作状态和主副瓣约束的多目标优化,通过优化阵列布局,实现约束工作阵元个数下的方向图旁瓣抑制;在混合优化算法的基础上,设定初始阵元状态作为种群偏好解,增加了粒子寻优的多样性。
【关键词】：方向图综合 三维阵列 分布式阵列 粒子群优化 凸优化 旁瓣抑制 栅瓣抑制
【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】：2016
【分类号】：TN820.15
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 课题背景与研究意义15-17
• 1.1.1 课题背景15-16
• 1.1.2 研究意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-19
• 1.2.1 三维阵列天线辐射方向图综合研究现状17-18
• 1.2.2 分布式阵列方向图综合研究现状18-19
• 1.3 本文的主要研究内容19-22
• 第二章 阵列天线辐射方向图综合的建模与分析22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 阵列天线辐射方向图综合的基本模型22-27
• 2.2.1 阵列天线的辐射方向图22-24
• 2.2.2 坐标系转换24-27
• 2.3 阵列天线辐射方向图综合算法27-28
• 2.3.1 方向图综合流程27
• 2.3.2 方向性系数最大的方向图综合算法27-28
• 2.4 阵列天线辐射方向图影响因素分析28-35
• 2.4.1 阵元类型28-31
• 2.4.2 子阵间距31-32
• 2.4.3 阵元分布模型32-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 三维阵列方向图的旁瓣抑制36-53
• 3.1 引言36
• 3.2 多目标优化36-38
• 3.2.1 多目标优化问题36-37
• 3.2.2 多目标优化算法37-38
• 3.3 粒子群算法38-39
• 3.3.1 粒子群算法的基本原理38-39
• 3.3.2 粒子群算法的基本流程39
• 3.4 MOPSO算法实现三维阵列方向图旁瓣抑制39-45
• 3.4.1 算法流程39-42
• 3.4.2 目标函数构造42-43
• 3.4.3 仿真分析43-45
• 3.5 改进的MOPSO实现三维阵列方向图旁瓣抑制45-47
• 3.5.1 算法思想45-46
• 3.5.2 仿真分析46-47
• 3.6 凸优化算法实现三维阵列方向图旁瓣抑制47-51
• 3.6.1 凸优化问题47-49
• 3.6.2 低旁瓣方向图综合的凸优化模型49-50
• 3.6.3 仿真分析50-51
• 3.7 本章小结51-53
• 第四章 分布式线阵方向图的栅瓣抑制53-67
• 4.1 引言53
• 4.2 分布式阵列栅瓣特性53-55
• 4.3 MOPSO算法实现分布式线阵方向图栅瓣抑制55-58
• 4.4 改进的粒子群-凸优化混合算法实现分布式线阵方向图栅瓣抑制58-62
• 4.4.1 算法流程58-60
• 4.4.2 仿真分析60-62
• 4.5 抗阵列流型失配的稳健栅瓣抑制算法62-66
• 4.5.1 凸问题形式62-63
• 4.5.2 仿真分析63-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 机载分布式三维阵列方向图的旁瓣抑制67-88
• 5.1 引言67
• 5.2 三种机载阵列的辐射性能分析67-74
• 5.2.1 机载三维阵列模型67-68
• 5.2.2 辐射性能分析68-74
• 5.3 工作子阵划分74-77
• 5.3.1 基于最大辐射角度的子阵划分74-75
• 5.3.2 仿真分析75-77
• 5.4 分布式三维阵列方向图的旁瓣抑制77-87
• 5.4.1 二进制粒子群算法77-78
• 5.4.2 算法流程78-80
• 5.4.3 仿真分析80-87
• 5.5 本章小结87-88
• 第六章 结束语88-90
• 6.1 总结88-89
• 6.2 展望89-90
• 参考文献90-95
• 致谢95-96
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 涂光鹏;巩朋成;蔡竟业;朱学勇;;基于迭代加权L_1范数的稀疏阵列综合[J];计算机工程与应用;2015年07期

2 袁飞;杨波;黄中瑞;;基于凸-改进遗传算法的圆阵列方向图联合优化[J];火力与指挥控制;2015年01期

3 丛雯珊;陈辉;范伟时;;基于相同子阵的稀疏阵列方向图综合算法[J];空军预警学院学报;2014年06期

4 黄中瑞;刘春生;王s，

本文编号：878528