基于子阵的频控阵自适应波束形成算法

针对经典的最小方差无畸变响应波束形成器应用在FDA-BFF(Frequency Diverse Array Based On Frequency Filter,FDA-BFF)及FDA-MIMO(Frequency Diverse Array Multiple-Input Multiple-Output,FDA-MIMO)接收机结构时,当阵元数较大或干扰与目标角度维接近时波束主瓣会产生峰值畸变或偏移,波束形成器输出性能下降,无法有效确定目标位置的问题,提出了基于双边小方差无畸变响应的子阵频控阵波束形成算法。该算法将一维均匀线性阵列划分为两个采用不同非线性频偏的中心对称子阵结构,在目标位置形成点状波束,对传统频偏固定的频控阵方向图中的距离-角度实现解耦。之后,通过双边小方差无畸变响应算法中求解克罗内克积的方式降低了算法计算量。仿真验证表明,阵元数较大时该算法在目标位置处形成点状波束的同时,可以有效抑制角度维不可分的干扰。     

频控阵阵列模型及参数分析

相控阵技术现已得到十分广泛的应用,但相控阵存在不能有效控制发射波束距离指向的问题。与相控阵波束指向只具有角度相关性不同,频控阵波束图是时间、角度及距离的函数,这一特性在抑制距离相关性干扰等方面有着巨大的应用价值。频控阵概念被提出后得到了广泛的研究,针对频控阵发射方向图,发射-接收双程图以及非时变方向图的特性进行了系统分析,此外对影响频控阵性能的雷达波束宽度和模糊函数展开了理论推导和具体分析,仿真验证了分析的正确性。     

频率分集阵列及其研究进展

与只提供角度依赖天线方向图的相控阵不同,频率分集阵列(FDA)在每个阵元上引入了载频差,以提供距离-角度相关的天线方向图,这使得FDA具有抑制距离模糊杂波、抗距离依赖性干扰等相控阵没有的优点。简要介绍了FDA的基本原理、波束形成和接收处理机制,梳理了FDA的研究进展,主要包括目标位置估计、FDA与MIMO雷达结合抗干扰、在SAR成像中的应用以及机载雷达距离模糊杂波抑制等4个方面,最后分析了FDA雷达在实际应用中所面临的两个关键问题以及应用前景。     

互耦和通道不一致对空间谱估计算法影响分析

在均匀线性阵列和双平行线阵模型下,结合常规波束形成算法,一维子空间类算法和二维子空间类算法的原理,构建了阵元间互耦和通道幅相不一致的误差模型,系统性地分析了两种阵列误差对这些经典算法的作用机理,并进行了数值仿真验证。理论分析和仿真结果表明,互耦和通道不一致会对阵列流型产生扰动,并破坏旋转不变关系,使得经典算法估计性能严重下降,降低了估计成功概率。     

FDA干扰技术进展及前景综述

不同于相控阵的发射波束只有角度依赖性,频控阵通过在阵元间附加一个频偏,使其发射波束具有距离-角度二维依赖性,可以同时解决波束发射时的角度指向和距离指向问题,这使得频控阵雷达在电子干扰领域具有独特的应用优势。基于此,介绍了频控阵雷达的模型和干扰原理,全面梳理了频控阵雷达干扰领域的研究进展,对频控阵雷达干扰的主要技术进行了系统性总结,分析了频控阵雷达在干扰领域的主要应用前景。结果表明,频控阵通过在距离维上增加一个自由度,使其具有良好的电子干扰效果。     

多径条件下米波OFDM-MIMO雷达波束性能及特性分析

针对米波正交频分多路复用-多输入多输出(Orthogonal Frequency Division Multiplexing-Multiple Input Multiple Output, OFDM-MIMO)雷达波束形成问题,建立了米波条件下频分复用MIMO雷达阵列信号模型,理论导出了该体制下多径特性定量分析的理论框架、直达波和多径回波模型及其联合发射-接收双程方向图增益闭合表达式。提出了利用米波OFDM-MIMO雷达阵列双程方向图具有距离-角度二维分辨能力抑制多径算法。所提方法能够有效抑制阵列法线方向多径回波,同时有效抑制输出信干噪比周期性损失,且随频偏带宽的增大抑制能力进一步提升。     

基于双程方向图的FDA干扰性能分析

针对文献中基于FDA双程图的干扰抑制研究较少的现状,在文献中采用MVDR波束形成器计算最优权矢量方法的基础上展开了进一步的分析.现有文献中关于FDA阵列的研究主要包括基于子阵结构划分的分析;基于非线性频偏增量的分析;基于FDA-MIMO结构的分析以及基于波束形成算法的分析.从4个方面对基于FDA阵列双程图的干扰抑制特性展开分析.仿真验证了在有效修正失配导向矢量的同时,在干扰与目标位置接近的情况下,能够实现对目标位置处增益的保持和干扰位置处的有效置零.     

基于自适应算法的锥面共形天线阵列方向图综合

以弹载共形相控阵雷达导引头天线为应用背景,将共形天线技术与自适应阵列处理技术相结合,通过欧拉坐标变换,建立了基于有向阵元的锥面共形天线阵列方向图模型,应用了一种基于最大信噪比准则的自适应算法对锥面天线阵列进行了方向图综合。该算法通过对副瓣区域干扰信号的迭代得到一组最优复加权矢量,仿真结果表明该算法可以在三维空间实现对主波束指向以及副瓣电平的控制。     

基于粒子群算法的宽带真延时平面阵列方向图综合

针对大阵元间距平面阵列方向图综合问题,提出基于粒子群算法的宽带真延时平面阵列方向图综合方法。该方法根据真延时条件下阵列方向图主瓣和栅瓣指向的特点,采用宽带真延时抑制阵列方向图的栅瓣；利用粒子群优化算法优化阵列结构,得到具有较高主副瓣比的平面阵列方向图。通过对8×8的矩形平面阵进行仿真,验证了所提方法的有效性,在此基础上,还仿真研究了该方法对栅瓣的抑制性能与信号带宽之间的关系。     

利用迭代线性约束最小二乘方法实现不规则阵列的方向图综合

研究了用自适应波束形成技术实现不规则阵列的方向图综合问题,改进了应用于方向图综合的迭代线性约束最小二乘方法,改进后的算法提高了数值稳定性和对随机稀疏阵的适应性。对特定的阵列如果指定的理想方向图无法达到,该算法可以获得最好的逼近。仿真结果验证了算法的性能。     

基于凸-改进遗传算法的圆阵列方向图联合优化

针对圆形阵列方向图具有较高旁瓣的问题,提出一种新的基于凸优化和改进遗传算法的优化方法。该方法首先采用遗传算法将阵元位置和阵元权值作为优化变量,以最小化波束方向图峰值旁瓣为目标函数进行联合优化,既增加了变量的自由度,又符合理论意义上的全局寻优;同时,为了避免算法的早熟收敛,对基本遗传算法进行了必要的改进。然后采用凸优化方法对阵元权值进行二次优化可进一步降低旁瓣电平,与传统方法相比能够明显提高优化效果的稳定性。仿真数据证实了该方法的有效性和正确性。     

低复杂度的宽带阵列测向算法

宽带信号测向算法是传感器阵列定位技术中的难点问题.提出了一种波束域的宽带测向定位算法,利用波束空间变换实现信号的聚焦、降维,利用子空间正交投影抑制干扰.无需方位预估计,信号处理在低维空间进行,有较低的计算复杂度.仿真实验表明,算法以较低的计算量实现了与阵元空间算法相近的性能,并且表现出良好的抗干扰能力.     

一种新型的OFDM智能天线

根据自适应天线阵列理论,结合给定的参考波束的误差,引入虚拟干扰的概念,对目标波束图形状进行调整,提出一种新的可以应用于任意类型天线阵列的波束综合算法.应用提出的新算法,在主瓣和旁瓣位置都可以对波束进行有效的调节.最终获得阵列的最优权矢量,能够最小化目标波束图与参考波束图间的差异.理论分析与仿真结果表明,与现有的同类算法相比,该算法能更有效地获得与参考波束基本相符的波束.应用于OFDM智能天线系统时,对不同子载波频率上信号进行单独处理,利用该算法进行波束综合,能够在整个有效频段,使所有子载波上获得基本一致的阵列输出.     

一种基于虚拟阵元的超波束形成方法

针对超波束形成方法(Hyper Beam-forming,HBF)在实际应用中的不稳定问题,依据阵元间协方差矩阵同一斜对角线上不同元素具有相同相位差的特点,提出了一种基于虚拟阵元的超波束形成方法(Hyper Beam-forming Based on Virtual Array Element,VAEHBF)。该方法按互相关法对接收阵进行虚拟扩展;按HBF思想分子阵分裂波束形成;对分裂波束形成结果进行合成,得到改善的超波束形成结果。数值仿真和实测数据处理结果表明,相比HBF方法,该方法通过对接收阵进行虚拟扩展,在保持分辨力不变的情况下,可进一步提高合成波束增益,对信噪比的适应能力得到了3 dB提高,提高了HBF的目标检测性能及方位估计能力。     

基于虚拟时间延迟线阵列的联合频率—到达角二维谱估计

提出基于虚拟时间延时线阵列的联合频率-到达角二维谱估计方法,把经典的子空间方法推广到空时二维域并进行了改进.基本思路是估计空时噪声子空间和空时信号子空间,然后,利用两个空时子空间特征进行频率-到达角联合二维搜索.正常情况下可分辨的信源数远远超出阵元数目;在信号源宽带较大或信号源波长偏离阵列尺寸较远时,不会像经典方法一样出现大的偏差或估计信源角度范围受限;同时给出信号源的频率和到达角估计,更全面地反映了信号特征.     

基于改进遗传算法的圆柱共形天线阵方向图综合

将一种改进的遗传算法运用于圆柱共形微带天线阵列的方向图综合。把共形阵列等效为沿轴向方向若干个圆环阵单元组成的线阵,计算其方向图函数。将改进的遗传算法运用于阵列的方向图综合。该算法采用简单灵活的十进制编码并结合多种交叉算子、非均匀变异算子和综合选择算子对遗传参数进行了一些改进。仿真结果表明,该算法能有效地实现圆柱共形微带天线阵列的方向图综合,与基本遗传算法相比改进的算法具有更好的寻优能力和收敛性。     

阵列互耦条件下运动目标角度跟踪方法研究

针对观测过程中角度发生变化时的运动目标跟踪问题,同时考虑到常规阵列中所普遍存在的互耦效应,通过分析均匀线阵互耦矩阵的带状Toeplitz结构,提出利用在原始阵列两侧增加辅助阵元的方法补偿互耦效应对阵列响应函数的影响,并将粒子滤波技术与原始阵列经互耦补偿后的观测数据相结合,实现了阵列互耦条件下对角度变化目标的高精度方向跟踪。仿真实验验证了新方法的优良性能。     

高频波段线型阵列方向图分析

对高频波段线型阵列方向图进行了分析。假定各阵元采用有向天线,研究了阵元天线的半功率波瓣宽度对阵列方向图栅瓣情况的影响,指出在采用窄波束条件下稀布阵列并不会引起栅瓣;分析了天线馈源位置准确和实际有误差情况下的阵列方向图,还分析了通道引起的波程差对方向图的严重影响,指出了可能的改进措施。     

分布式MIMO数字阵列雷达多目标定位

为了充分发挥相控阵雷达探测波束的方向性和分布式多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO)雷达空间分集增益和结构增益在目标定位上的优势,提出了一种分布式MIMO数字阵列雷达模型并对其多目标定位方法、搜索复杂度和分辨力进行了研究。建立了分布式MIMO数字阵列雷达的观测模型;依据最大似然估计给出了目标定位的搜索方法并计算了搜索复杂度;并利用模糊函数对分布式MIMO数字阵列雷达的分辨力进行了仿真分析。研究结果表明:与常规分布式MIMO雷达相比,分布式MIMO数字阵列雷达子阵波束的方向性可以降低目标定位时的搜索复杂度,缩小距离和角度联合模糊带的长度;与常规相控阵雷达相比,分布式MIMO数字阵列雷达的结构增益可提高目标分辨力。     

一种新型单层微带反射阵列设计

设计了一个工作于X波段的单层微带反射阵列天线,阵列单元采用双方环与方形金属贴片组合结构,通过调整内侧方环的长度可以实现超过360°的移相范围。选择角锥喇叭天线作为微带反射阵列的馈源。为了获得宽带特性,阵元间距选择约1/4中心频率波长。利用高频电磁仿真软件Ansoft HFSS对所设计的反射阵列进行建模仿真,结果表明:反射阵列在中心频点处的增益为20. 5 dB,1 dB增益相对带宽达到20. 9%。在此基础上调整阵元尺寸,使得反射阵列主波束分别指向φ=0°,θ=30°和φ=0°,θ=-45°方向。所设计的反射阵列具有频带宽、增益高、可设定主波束指向的优点。