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稀疏线阵优化设计及共形阵性能分析

作　者: 唐海红
导　师: 何子述
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 阵列天线共形阵列天线遗传算法副瓣电平
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

近年来,对称稀疏直线阵列和共形阵列以其优越的系统性能在通讯、雷达探测、导航等许多领域成为研究热点,受到广泛研究。本文的主要工作是:(1)研究对称稀疏直线阵列天线在最大相对副瓣电平最小意义下的最佳分布规律(2)研究了共形阵列天线(均匀单圆环阵列天线、均匀多圆环阵列天线、共形圆柱阵列天线,圆锥共形阵列天线,半圆球共形阵列天线)的最大相对副瓣电平,分析各种因素对方向图(主要关注最大相对副瓣电平)的影响,并总结各种因素作用的特点和规律,为共形阵的实际设计提供有价值的技术参考。论文主要研究内容包括如下几个方面。首先,用向量法推导出稀疏直线阵列天线和共形阵列天线(均匀单圆环阵列、均匀多圆环阵列、圆柱共形阵列,圆锥共形阵列,半圆球共形阵列)的具体的方向图函数。其次,简述了遗传算法的基本概念、特点和发展进展,介绍了遗传算法程序,研究了遗传算法在阵列方向图综合中的运用;然后,针对如何最大限度地降低阵列的最大相对副瓣电平,对最佳对称稀疏直线阵列天线的阵元分布规律进行了细致深入的研究。研究对象是对称稀疏直线阵列天线的布阵结果。作为研究对象的对称稀疏直线阵列的阵元数目从19到903,稀疏率从10%到90%。在对称稀疏直线阵列的布阵中,由于稀疏天线阵列的最大相对副瓣电平是阵元位置的非线性函数,故采用了穷举法和遗传算法。通过对布阵结果的分析,总结了最佳对称稀疏直线阵的一些布阵规律,对最佳对称稀疏直线阵中间积累的阵元数目、栅格数、稀疏率的关系进行定量分析,并验证所得结论的准确性。最后,研究共形阵列(均匀单圆环阵列、均匀多圆环阵列、共形圆柱阵列,圆锥共形阵列,半圆球共形阵列)的最大相对副瓣电平,分析各种因素对最大相对副瓣电平的影响,并总结各种因素作用的特点和规律,为共形阵的实际设计提供有价值的技术参考。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题来源、研究背景及意义  10-11
  1.2 天线接收阵列优化布阵技术的研究概况  11-13
  1.3 共形阵列的研究历史和发展现状  13-14
  1.4 本文主要内容  14-15
  1.5 论文结构安排  15-17
第二章阵列天线基础知识和阵列天线方向图函数  17-28
  2.1 天线的主要参数  17-18
  2.2 求取天线方向图的前提及假设  18-19
    2.2.1 对称稀疏直线阵列天线的定义及特点  18
    2.2.2 前提及假设  18-19
  2.3 对称稀疏直线阵列天线方向图函数  19-21
    2.3.1 在三维空间中任意两阵元的相位差  19-20
    2.3.2 对称稀疏直线天线阵方向图函数  20-21
  2.4 共形阵列天线方向图函数  21-27
    2.4.1 对称单圆环阵列方向图函数  21-22
    2.4.2 对称多圆环阵列方向图函数  22-23
    2.4.3 圆柱共形阵列方向图函数  23-24
    2.4.4 圆锥共形阵列方向图函数  24-26
    2.4.5 半圆球共形阵列方向图函数  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章遗传算法及其在阵列综合中的运用  28-36
  3.1 遗传算法的基本概念  28-30
  3.2 遗传算法的基本实现技术  30-32
    3.2.1 编码方法  30
    3.2.2 适应度函数  30
    3.2.3 选择算子  30-31
    3.2.4 交叉算子  31
    3.2.5 变异算子  31-32
  3.3 遗传算法程序介绍  32-33
  3.4 遗传算法综合对称稀疏直线阵列天线的步骤  33-34
  3.5 仿真实验结果  34-36
第四章对称稀疏直线阵列天线优化布阵研究  36-50
  4.1 问题的引出  37
  4.2 阵元位置量化  37-38
  4.3 仿真结果的统计方法  38
  4.4 仿真的条件  38
  4.5 仿真的对象  38
  4.6 运用穷举法研究对称稀疏直线阵的布阵规律  38-40
    4.6.1 穷举法简介  39
    4.6.2 最佳最大相对副瓣电平随栅格数和稀疏率的变化规律  39-40
  4.7 运用遗传算法研究对称稀疏直线阵的布阵规律  40-42
    4.7.1 运用遗传算法对对称稀疏直线阵进行综合  40-42
    4.7.2 最佳最大相对副瓣电平随栅格数和稀疏率的变化规律  42
  4.8 对称稀疏直线阵中心积累阵元数的变化规律  42-48
    4.8.1 小规模对称稀疏直线阵  43-45
    4.8.2 中等规模对称稀疏直线阵  45-46
    4.8.3 大规模对称稀疏直线阵  46-47
    4.8.4 拟合曲线准确性验证  47-48
  4.9 本章总结  48-50
第五章共形阵列天线的性能参数分析  50-88
  5.1 栅瓣避免条件  50
  5.2 均匀单圆环阵列天线系统性能分析  50-56
    5.2.1 圆环半径对均匀单圆环阵列天线方向图的影响  50-53
    5.2.2 阵元数对均匀单圆环阵列天线方向图的影响  53-56
  5.3 均匀多圆环阵列天线系统性能分析  56-64
    5.3.1 圆环数对均匀多圆环阵列天线方向图的影响  56-59
    5.3.2 均匀多圆环阵列天线的稀疏研究  59-64
  5.4 共形圆柱阵列天线系统性能分析  64-73
    5.4.1 圆环间距对共形圆柱阵列天线方向图的影响  64-67
    5.4.2 圆环半径对共形圆柱阵列天线方向图的影响  67-70
    5.4.3 圆环个数对共形圆柱阵列天线方向图的影响  70-73
  5.5 圆锥共形阵列天线系统性能分析  73-82
    5.5.1 圆环个数对圆锥共形阵列天线方向图的影响  73-76
    5.5.2 底部圆环半径对圆锥共形阵列天线方向图的影响  76-79
    5.5.3 圆环间距对圆锥共形阵列天线方向图的影响  79-82
  5.6 半圆球共形阵列天线系统性能分析  82-88
    5.6.1 圆环个数对半圆球共形阵列天线方向图的影响  82-85
    5.6.2 底部圆环半径对半圆球共形阵列天线方向图的影响  85-88
第六章全文总结  88-90
  6.1 本文内容总结  88-89
  6.2 工作展望  89-90
致谢  90-91
参考文献  91-93
个人简历  93-94
攻读硕士学位期间的研究成果  94

稀疏线阵优化设计及共形阵性能分析

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