基于稀疏综合孔径天线的艇载成像雷达研究

 基于稀疏综合孔径天线概念,研究了平流层飞艇载对地观测成像雷达系统中的重要问题.提出了稀疏阵时分多相位中心孔径综合方法,该方法使得综合后的相位中心在数量上和分布情况上与满阵天线相同,从而避免了稀疏阵旁瓣较高的问题;利用模拟退火算法对阵列进行了优化,以使实际使用的阵元最少;为提高系统作用距离,采用多频正交信号形成多发多收的工作模式,通过频率拼接提高距离分辨率;由于综合孔径天线阵列长度远小于场景宽度,系统采用了子孔径成像方法,并将曲线拟合和自聚焦处理相结合,解决了存在阵列形变误差时的精确成像问题.仿真结果表明了本文方法的有效性.     

稀疏MIMO雷达实孔径三维成像技术

针对任意的多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)稀疏阵列提出了MIMO单快拍成像模式和相控阵多帧联合成像模式两种三维成像方法,并对两种模式下角度分辨率及信噪比(signal noise ratio, SNR) 进行了对比. MIMO单快拍成像模式角度分辨率等价于收发联合等效阵列;相控阵多帧联合成像模式的方向图等于发射方向图与接收方向图的乘积,同样也能获得收发联合等效阵列的角度分辨率;相控阵多帧联合成像模式与MIMO单快拍成像模式的SNR的比值为发射阵列数量. 讨论了稀疏阵列与均匀满阵之间的区别与联系,稀疏阵列的波束方向图等价于均匀满阵的二维加窗快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT),加窗使稀疏阵列方向图展宽. MIMO单块拍成像模式适用于对实时性要求高的应用场景,相控阵多帧联合成像模式适用于对SNR要求高的应用场景.     

对称线阵的优化稀疏研究

对稀疏率一定的稀疏线阵进行优化设计时,仅对孔径外边缘部分的阵元进行优化稀疏就能达到优化设计整个稀疏天线阵的目的。该文运用统计的方法对大量的最优对称稀疏线阵的阵元分布规律进行了分析和研究,提出一种对称稀疏线阵的布阵模型,经过分析和验证表明,利用该模型可以在保证优化性能的同时,有效地降低优化布阵算法的计算量,提高优化设计的效率。     

一种多相位中心天线的动目标检测和成像算法

提出了一种基于多相位中心天线的动目标检测和成像算法。通过对3个孔径回波信号进行处理，获得两路杂波对消后的动目标信号，再对这两路信号分别进行多普勒参数估计和干涉处理，确定目标的真实位置、方位向和距离向速度，然后对动目标聚焦成像；与以往的动目标检测算法相比，提出的方法能够获得运动目标的全部参数；最后通过计算机仿真验证了该方法的可行性和有效性。     

卫星导航天线相位中心测量方法

相位中心是卫星导航天线最重要的性能指标之一,相位中心测量精度直接影响全球卫星导航系统的定位精度。简述了天线相位中心的基本概念,系统总结了卫星导航天线相位中心的传统测量方法,即微波暗室远场检测法和基线测量法,简述了测量方法和程序,重点阐述了在微波暗室内由实测远场相位方向图确定天线相位中心的方法。对导航天线相位中心测量方法进行了比较和分析,指出了各自的优缺点和应用场合。为卫星导航天线相位中心测量提供了参考。     

自旋式综合孔径微波辐射计稀疏阵列布局优化设计

该文针对自旋式综合孔径微波辐射计非均匀采样问题,提出新的阵列优化目标函数与阵列优化算法。首先,针对Cornwell提出的基线距离乘积最大目标函数优化稀疏阵列会出现基线中心与边缘区域密集而过渡区域稀疏的问题,该文提出修正的电荷最小能量分布目标函数以及基于最小误差网格剖分的方法。针对标准的粒子群优化(PSO)算法历史最优个体位置更新速度慢,容易陷入局部极小值的缺点,提出具有量子体制的雁群粒子群优化算法。该算法具有速度快、收敛精度高的优点。数值分析结果表明利用该文引入的目标函数优化的基线比距离乘积最大目标均匀,并且基于最小误差网格剖分的方法对应的重构图像更精确。该方法为实际自旋式稀疏阵列的设计与应用提供依据。     

多组阵列天线相位校准方法

提出了利用多次幅度测量实现多组阵列天线相位校准的方法,解决了多组阵列在天线辐射方向需要同相位合成的难题,保证了多组阵列实现高效率合成。介绍了校准方法的工作原理,给出了多组阵列天线进行相位校准的工作过程。对校准前后的天线测试结果进行对比分析,得出校准精度符合工程设计要求,且无需调试,易于实现远场自动校准,适用于多组阵列天线研制过程中的相位校准工作。     

大孔径超稀疏阵列综合算法研究与应用

超稀疏阵列大孔径场景下最优布阵求解问题是在满足特定副瓣电平要求下,通过对布阵位置和阵元权值的优化获得最稀疏解。该问题属于NP-HARD问题,求解时存在搜索空间大、搜索时间长以及难以求得全局最优解等问题。为了解决上述问题,本文基于交替寻优的思想提出了一种针对大孔径场景下超稀疏阵列方向图综合的快速算法。该算法通过对求解空间进行划分后交替优化快速得出一个初始解,在初始解基础上构建相邻域形成新的求解空间,通过二次搜索寻优得到最优解。本算法通过对初始解空间进行划分和相邻域的构建,可大幅缩短每次优化的时间。本文通过对超稀疏线阵若干场景进行了仿真验证,仿真结果证明了该算法的有效性。     

稀疏阵列天线综合的遗传算法优化

通过遗传算法优化选择常规满阵中一定比例的工作单元,使阵列在欠饱和状态下达到窄波束低副瓣的要求。以单元的工作状态和激励幅度为优化参量,波束宽度和副瓣电平为适值函数,通过适值缩放和多种群进化竞争使遗传进化稳定地收敛到全局最优。详细分析了稀疏阵的单元布局、稀疏率及单元激励对优化阵列特性的影响。     

Synthesis of Thinned Multiple Concentric Circular Ring Array Antennas using Particle Swarm Optimization

In this paper, we propose an optimization method based on Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm for thinning a large multiple concentric circular ring array of uniformly excited isotropic antennas and generate a pencil beam in the vertical plane with minimum relative side lobe level (SLL). The half-power beam width of the pattern is attempted to make equal to that of a fully populated array of same size and shape. The synthesis is performed with a standard particle swarm optimization technique as well as with an improved version of standard PSO. Simulation results of the proposed thinned array are compared with a fully populated array to illustrate the effectiveness of our proposed method.     

稀疏阵的最优化设计

使用基因算法对稀疏阵进行优化设计。为实现指定的填充率,文中引入了保持单元数固定的基因算法。这是通过改造基因算法的基本操作——交叉、变异来实现的。通过选择合适的适应性函数,文中得到了一些对于其他算法的改进结果。文中还通过实例显示该基因算法可以应用于大型稀疏阵的设计。     

基于整数编码遗传算法的稀疏阵列综合

该文针对稀布阵列综合问题,提出一种基于整数编码遗传算法的优化设计方法。采用整数编码的个体描述方式在保证阵元稀布率恒定的同时,减小了搜索的空间。在优化阵元分布的基础上采用凸优化方法进一步优化阵列权值,显著提高了阵列方向图的主副瓣比。仿真数据结果验证了方法的有效性和优越性。     

稀疏阵列微波暗室成像实验研究

为了在实际条件下验证稀疏阵列孔径综合方法可以避免稀疏阵旁瓣较高的问题,以及基于压缩感知理论的成像算法可以对具有稀疏特性的目标进行重建,开展了微波暗室实验。针对实验中的阵列误差,给出了具体的校正方法。通过实验数据处理证明了阵列误差校正方法、稀疏阵列孔径综合方法以及基于压缩感知理论成像算法的正确性和有效性。     

大型稀布相控阵天线设计及其旁瓣电平研究

本文对大型稀布相控阵天线设计及其旁瓣电平进行了研究.在用适当随机法设计稀布阵天线并对三种孔径尺寸,三十种孔径参考幅度分布,九种稀布率,用大周期随机数计算了45000个辐射孔径单元稀布排列方案及其全空域立体波瓣后,首次揭示了一些有价值的结论.最后,用数学回归法给出了精度较高的旁瓣电平计算公式.     

阵列天线相位中心的测量方法研究

提出了一种测量阵列天线相位中心的方法。首先,根据阵列天线的基本原理,推导出了阵列天线相位方向图与相位中心偏移量的关系式;再结合相位中心的定义和实际测量的步骤,运用最小二乘法及其矩阵解形式计算出了相位中心的精确值;最后对提出的测量方法进行了模拟实验验证。实验证明,该测量方法可以精确地计算出相位中心的位置,并发现计算结果与测量时的读数精度有很大关系。当读数精度达到百分位时,校准误差仅为0.168%。     

基于跨航向稀疏阵列的机载下视MIMO 3D-SAR三维成像算法

基于阵列天线的SAR 3维成像技术是实现SAR 3维高分辨成像的重要方式之一。该文通过沿飞行平台跨航向稀疏地布置多个收发天线阵列单元,构造了跨航向稀疏下视阵列天线构型的MIMO(多发多收)机载3D-SAR,并分析了跨航向稀疏下视阵列MIMO机载3D-SAR的成像几何、3维回波信号模型,提出了适用于跨航向稀疏下视阵列MIMO机载3D-SAR的3维成像算法,最后通过仿真实验验证了算法的有效性并对结果进行了分析。     

可变相位中心天线阵校准技术

某类型可变相位中心天线的相位中心随频率和入射方位变化,而且受到天线阵架设环境的影响。因此需要在理想计算相位中心的基础上,在现场发射测试信号来修正各种误差引起的相位中心变化。提出一种现场校准方法,设计了校准天线的架设方法,推导出由测向基线相位差计算天线单元相位中心与阵中心距离的方程。仿真表明,天线单元相位中心经过校准后,空间谱测向算法的空间分辨力有明显提高。     

基于综合孔径辐射计稀疏阵列非均匀采样图像的快速重建

某些分时采样干涉式微波辐射计成像系统,通常采用稀疏阵列,如圆环稀疏阵列。由于天线阵列优化设计时天线排布位置受限以及天线物理尺寸等限制,具有非均匀空间频域采样的特点。传统的图像重构方法是将非均匀空间频域点插值到均匀的笛卡尔坐标下,补偿空间频率密度,再进行逆快速傅里叶变换。这些插值方法不可避免地会引入误差或者混叠,并且是以假设空间频域的光滑性为前提的,具有局限性。与传统的插值方法不同的是,该文采用最小最大优化准则,先假设图像,再进行共轭梯度迭代快速非均匀傅里叶变换匹配的算法,绕开了空间频域光滑的假设。模拟实验结果表明此算法能够更加快速精确地重建图像。