基于改进差分进化算法的时间调制阵列多波束优化形成

提出了一种基于时间调制阵列的数字多波束形成方法。时间调制阵列会产生基波分量和各次谐波分量,通过调整各个单元的控制时序,实现谐波分量的幅度和相位综合,可以在正负第一次谐波处实现期望方向的波束形成。同时采用改进差分进化算法来优化控制时序,进一步降低最大旁瓣电平,实现两个指向不同的数字波束的设计。最后通过与时间调制阵列波束形成和基于基本差分进化算法的时间调制阵列波束形成对比,验证了该算法在数字多波束形成中的可行性和有效性。     

基于时间调制阵列的全向宽带测向方法

为解决时间调制测向技术中由线型阵列对称性和固定基线长度引入的目标前后向模糊问题和测向带宽受限问题,提出了一种基于五单元时间调制阵列的全向宽带测向方法.通过将一维线型阵列扩展为二维平面阵列,提高空间自由度以区分来波前后向;进一步结合虚拟基线技术,利用相邻单元排布间距的差异性引入虚拟相位差,解决工作频率变化引起的相位差模糊问题,从而实现全向宽带测向的目标.通过数值仿真在3倍频程工作带宽条件下有效实现了360°全向测向,验证了所提出方法的可行性.     

基于时间调制阵列的多波束雷达通信一体化结构及算法研究

为了实现多个电子平台的高效集成,同时缓解无线信道频谱资源紧缺问题,提出了一种结合了时间调制阵列(time-modulated array, TMA)技术和多波束赋形技术的空域多波束雷达通信一体化结构与算法。对传统基于空分的雷达通信一体化技术进行了改进,在增加通信波束的同时,实现了雷达与通信子系统发射功率的独立控制。所提结构由两组加权网络组成,第一组加权网络用于雷达探测,第二组加权网络结合周期性时间调制,用于多用户通信。所提方案可根据实际应用情况,在用户数量,波束控制自由度,硬件复杂度等多个指标之间进行权衡。仿真结果证实了所提结构与算法的有效性,雷达与通信能够独立完成各自的功能且没有相互影响。      

时间调制阵列的方向调制信号综合算法研究

针对时间调制稀疏阵列天线方向调制信号综合问题提出了一种分步迭代凸优化算法.通过对阵元开启时长和开启时刻的分析,将方向图的上下界约束转化成凸问题.通过对中心频带和边带方向图的分步优化,使期望辐射方向上只有中心频带辐射,边带信号形成零陷.稀疏线阵的仿真结果验证了所提算法的稳定性和高效性,达到了方向调制信号综合的目的.     

基于频谱特征分析的多谐波时间调制阵列测向方法

针对基于谐波特征分析的时间调制阵列(time-modulated array, TMA)测向技术中信息利用率低的问题,提出了一种基于信号频谱特征分析的多谐波TMA测向方法.通过分析接收信号的频谱特征,构建了基于信号频谱特征多谐波测向模型,推导了基于频谱特征的来波方向最优线性无偏估计(best linear unbiased estimation, BLUE)表达式,从而提高了测向精度及稳定性.以BPSK信号为例,通过仿真实验验证了所提算法的有效性,同时搭建了工作于S频段的二单元TMA测向系统证实了所提方法的可行性.     

基于谐波分析的两阵元时间调制阵列测向方法

提出了一种利用时间调制阵列分析入射信号谐波特性的测向方法,针对传统的测向系统较为复杂,信号处理计算量大的问题,文中方法采用两个天线阵元和两个单刀单掷开关,在计算过程中使用了离散傅里叶变换减小了信号处理的计算量,数值仿真验证了该方法的有效性,且具有较好的测向精度。     

一种用于双通道跳频技术的时间调制阵列系统

基于波束形成理论和时间调制阵列天线理论,围绕着规避噪声、干扰或者多用户情况下非重复的通道,提出了一种适用于跳频技术的时间调制阵列系统,通过控制天线阵列单元的工作状态对信号进行调制.在将第一边带的波束对准于目标方向的同时,在射频端对载频进行迁移,从而达到跳频通信的目的.仿真结果表明:该时间调制阵列系统在较低运算开销下实现了预期波束指向和实时载频迁移.此外,通过利用天线单元控制时序中的未使用间隙,系统被扩展为独立工作的双通道天线系统,并提供了时序冲突时的解决策略和实验证明.     

基于人工神经网络的时间调制阵列谐波波束形成

针对时间调制阵列(time-modulated array, TMA)提出了一种基于人工神经网络(artificial neural network, ANN)的谐波波束形成技术.该技术通过一个由编码器和解码器串联组成的ANN实现时序信息的优化,其中,编码器以目标角度的方向图约束值作为输入,通过在线训练输出对应的激励值;而解码器经过预训练可以实时输出辐射方向图.然后利用训练完成优化后的激励可以获得不同阵元的开关导通持续时间和起始时刻. 8元/16元不同指向TMA谐波波束形成算例仿真结果表明,所提方法可以有效抑制副瓣电平(sidelobe level, SLL),快速精确控制方向图,在目标角度实现高方向性波束形成,同时该方法具有耗时短、鲁棒性好和易调节的特点,有望应用于快速目标搜索和跟踪.     

基于时间调制多波束阵列的单通道全向测向方法

基于多波束阵列的测向方法具有测向精度高的优势,但各波束都需要独立的射频通道,导致其测向系统复杂且成本高,通道之间的幅相不一致也会增大测向误差。本文提出了一种基于时间调制多波束阵列的单通道全向测向方法,通过时间调制技术将多波束阵列测向系统简化为单通道系统,利用接收信号的谐波特征获得不同波束的接收信号强度实现高精度测向,同时降低了系统的复杂度及成本。仿真结果表明在相同条件下,本文提出的方法比基于多波束阵列的多通道测向方法具有更小的测向误差。经实测验证,本文的方法在4～5 GHz频带内的测向误差小于1.3°,低于现有的多波束阵列测向误差。     

基于单边带时间调制的CMOS有源移相器设计

为满足低成本相控阵对高精度波束扫描的需求,提出了一种基于单边带时间调制(single-sideband time-modulation, STM)的CMOS有源移相器.基于Global Foundries 0.13μm CMOS工艺,设计了双相调制单元用于I路和Q路的0°/180°移相,以抑制时间调制所产生的基频和偶次边带;设计了矢量合成与复用放大单元,在不增加功耗的前提下提高了整个电路增益;设计了偏置与时序控制单元,通过对I路和Q路增益的时序控制,实现了STM.仿真结果表明：本设计在1.8 V电源电压下的功耗为15.8 mW,在3-dB带宽（13.2～20.7 GHz）内的增益为-3±1.5 dB;在10～25 GHz频段内,实现了小于0.1°的移相偏差均方根（root mean square,RMS）和小于0.02 dB的增益偏差RMS,相位分辨率达10 bit以上;最大无用边带（-7次边带）的功率抑制比为16.7 dBc.该有源移相器具有低成本、低功耗、低相位偏差、低幅度偏差和低插入损耗等性能,为时间调制阵列提供了一种新颖的单元结构.     

一种基于接收天线阵列的宽带吸波层设计

提出了一种基于宽频带天线设计吸波层的方法.根据接收天线与吸波结构工作原理的相似性,选取了一种磁电偶极子宽频带天线为原始模型,以吸波层的吸波原理为理论依据,对宽频带接收天线进行改进,并运用HFSS软件对其几何参数进行仿真与优化,得到了一种厚度薄且吸波频段宽的吸波层.加工与测试结果表明:6×6单元吸波层10 dB吸波带宽为1.54~3.31 GHz,相对带宽为73%,其厚度低于工作频段中心频点自由波长的1/9.由于所设计的吸波层结构具有对称性,它可以工作在双极化条件下.     

基于状态空间法的宽带阵列雷达三维参数联合估计

基于状态空间方法提出了一种适用于宽带阵列雷达距离、速度和角度三维参数的联合估计方法。根据宽带阵列雷达三参数信号模型,给出对应参数估计的克拉美罗下界(CRLB);通过构造广义Hankel矩阵,将现有的状态空间方法推广到三维参数联合估计问题上。实验仿真表明,该方法对于雷达三维参数联合估计是有效的,可一致逼近CRLB,且比传统快速傅里叶逆变换(IFFT)方法具有更好的参数估计和目标分辨性能。     

基于Taguchi算法的双层贴片宽带天线优化方法

介绍了一种新出现的Taguchi全局优化算法,并将其应用于双层贴片宽带天线的输入阻抗带宽优化设计中.Taguchi算法基于正交矩阵对参数空间的均匀抽样,以较少的计算量就能评估参数对结果的影响,通过多次迭代并缩小搜索级差,从而实现快速的多参数全局优化,其具有实现简单、收敛快等优点.以天线的反射损耗S_(11),在期望带宽范围内的积分作为目标函数,对含有7个变量参数的双层贴片天线结构进行了优化设计,优化进程经过40次迭代后得到了求解精度内的最优解,优化得到的双层贴片天线VSWR<3的带宽达到40%,对宽带电磁脉冲的辐射因子增益达到1.4.     

基于一种非等距线阵的宽带信号处理方法

获得宽带信号的波达方向,提出一种基于非等距的参差线阵方法。利用孙子定理、解模糊条件、分频带相控阵等方法解释非等距线阵。构造出的参差线阵通过处理合成,保持阵列对不同频率指向的一致性,达到信号功率非相参积累的预期效果。解模糊得到信号的波达方向,通过实验仿真验证方法可行。     

一种基于宽带MIMO雷达时域成像的阵列布阵模型

多输入多输出(MIMO)霄达足近几年发展起来的一种新慨念雷达体制.为了进一步降低宽带MIMO雷达的阵列规模和硬件复杂度,使MIMO雷达成像技术实用化成为可能,结合改进型后向投影(BP)成像算法,提出了一种非均匀线阵成像系统阵列布阵模型.提出的阵列布阵模型通过成像系统方位向分辨率婴求和目标方位向成像场景大小确定阵元间距,使得系统的阵列规模和硬件复杂度显著降低.同时,时域成像算法的使用避免了频域算法存在的采样定理限制,有效增强了阵列设计的灵活性,并使得成像阵列规模和硬件复杂度得到进一步降低.最后仿真实验验证了该成像系统布阵模型的正确性和有效性.     

基于宽频带多基线阵列解模糊的波达角估计算法

针对宽频带电子信号侦测系统测向精度与解相位模糊能力这一矛盾问题,根据多基线测向原理,提出一种基于宽频带多基线阵列解模糊的波达角估计算法,并进行了仿真分析。结果表明,该方法可有效求解宽频带多基线阵列相位模糊,提高对目标在相位差测量精度不高情况下的测向精度。     

协作式磁感应通信的线圈阵列优化设计

Magnetic induction communication is an emerging underwater wireless communication technology, but the traditional magnetic induction communication system has high path loss and limited transmission distance. In this paper, the point-to-point and cooperative magnetic induction communication models of the coreless circular coil are analyzed theoretically, and the optimal design methods of the coil placement angle in the cooperative communication model is proposed, so as to maximize the communication distance. At the same time, a correction mechanism is proposed to dynamically eliminate the influence of water flow under the actual underwater application environment. The research results show that for the general cooperative mode, when the interval angle is greater than 38.53°, the increase of magnetic flux of transmitting coil T₂ to receiving coil R₁ is less than 20%; the relative growth rate of magnetic flux at the receiver can be increased by changing the placement angle of T₂ and R₁, and can be increased by 20.3% and 12.66% respectively compared with the general cooperative mode at most, and the method of changing the placement angle of T₂ is more effective to improve the whole communication ability; when the minimum sensitivity of the receiver is 0.1 nT, the transmission distance of the cooperative magnetic induction communication with changing the placement angle of T₂ (coil spacing is 100 m) can be increased by 9.96% compared with the point-to-point mode under the same transmitting power.     

光纤激光相控阵阵元分布优化方法

提高主瓣的能量集中度和抑制栅瓣问题是当前光纤激光相控阵技术面向应用的关键。文中从说明激光相控阵在技术上难以满足/2的阵元间隔,由此导致诸多栅瓣产生的原因入手,并考虑到目前常用不等间隔栅瓣抑制方法将导致相控阵口径增大的难题,提出了一种将遗传算法引入到光纤激光相控阵阵元分布优化的设想。主要方法是从最大限度抑制栅瓣的角度提出一个与主瓣能量集中度和主瓣/旁瓣对比度相关的适应度函数;将遗传算法中的特征参数与光纤激光相控阵的主要参数相对应;然后以20路阵元/阵元间隔为3倍波长、50路阵元/阵元间隔为20倍波长两种线阵情况为例,分别仿真计算了传统的等间距阵元和不等间距阵元分布,及遗传算法优化阵元分布三种情况,得到的光纤激光相控阵远场能量分布、主瓣能量集中度和主瓣与最大栅瓣对比度,并对其进行了比较。结果表明,遗传算法较等间距、不等间距方法的主瓣能量集中度分别提高了9.69%、3.33%,主瓣与第一栅瓣能量对比度分别提高了13.12%、9%。由此可预期基于遗传算法优化的相控阵有望在同等激光发射总功率下获得更远的作用距离。