GA-DE混合优化算法在双频非周期阵列波束综合中的应用

针对双频非周期阵列波束综合问题,提出了一种将遗传算法与差分进化算法结合的优化算法(GA-DE混合优化算法)。该优化算法在每轮迭代时先利用差分进化算法生成与遗传算法相同规模的种群,将该种群与原种群混合后保留适应度较好的个体,然后再由遗传算法进行迭代优化;同时对遗传算法的选择、交叉、变异算子做出改进,提升了算法的全局搜索能力和收敛速度。通过与其他算法对比验证,混合优化算法可以优化得到更优的副瓣电平和增益,仿真结果表明该算法具有良好的性能。利用混合优化算法在保证阵列增益的条件下,以降低峰值副瓣电平为目标优化Ku/Ka双频混排标准化子阵和Ku/Ka双频混排整阵。优化后Ku和Ka整阵在扫描范围内最大峰值副瓣电平分别为-13.10 dB和-13.13 dB,最小增益分别为44.81 dB和44.58 dB,达到了指标要求,优化结果说明混合优化算法可以有效抑制非周期阵列栅瓣的出现和降低阵列的峰值副瓣电平。     

利用双载频方向图相乘的稀疏均匀阵栅瓣抑制方法

针对稀疏阵列天线间距远大于信号波长导致阵列方向图出现大量栅瓣的问题,该文基于不同载频阵列方向图主瓣与栅瓣相对位置关系存在差异的特性提出一种新型的栅瓣抑制算法。该算法充分利用不同载频回波信息,避免了大规模搜索,有效降低了计算量。首先根据算法原理确定了影响该栅瓣抑制算法性能的因素,然后进一步对影响栅瓣抑制性能的关键参数进行了定量分析,推导得出了栅瓣抑制后峰值旁瓣比(PSLR)与频率差的关系表达式。该表达式为栅瓣抑制快速选择最优频率差提供了理论依据。最后,通过计算机仿真验证了该算法对栅瓣抑制的有效性以及该文所推导的峰值旁瓣比与频率差关系表达式的正确性。     

数字端射阵列栅瓣抑制研究

通过拉大端射天线阵元间距到1．5λ,可以获得组阵高增益,但是引入了栅瓣问题。提出了一种基于最小二乘估计的虚拟内插阵元算法来实现栅瓣抑制。虚拟端射阵列的阵元间距减小到（或者小于）0．5λ,这样栅瓣得到抑制。最后进行试验验证算法的可行性和正确性。试验结果表明：随着虚拟内插端射天线阵元个数的增加,栅瓣明显被抑制,峰值副瓣电平降低。在相邻两个实阵元间内插3个虚拟阵元,虚拟端射阵列保持了实端射阵列高增益,而实阵列峰值副瓣电平为-8．35dB,下降到虚拟阵列峰值副瓣电平为-18．25dB,栅瓣得到有效抑制。试验结果验证了基于最小二乘估计的虚拟内插阵元算法的可行性和正确性。     

一种新的子阵结构及其自适应性能分析

在阵列信号处理中，大型阵由于系统结构复杂，成本较高，在实际应用中受到限制，而采用子阵结构则可以减少接收通道数，简化系统设计，降低成本。本文针对等幅均匀线阵提出了一种新的结构简单的子阵，并且通过打乱子阵排列的周期性以及保证各子阵输出噪声功率相等，该子阵的栅瓣效应几乎可以忽略且其自适应方向图保形良好。     

基于虚拟阵技术与LS的宽带DBF算法

数字侦察接收机带宽可能覆盖几个倍频，因此若按照信号最高频率信号半波长作为阵元间距，则会出现严重的阵元间耦合，而若按照信号最低频率信号半波长作为阵元间距，则对高频信号出现严重的栅瓣。针对上述问题，提出了虚拟阵技术和LS算法融合的宽带DBF算法，成功抑制了高频信号的栅瓣。研究了EAVA、TAVA两种虚拟阵技术，两种技术不需要侦察信号的先验知识，应用两种快速计算虚拟阵元信号的算法，对于最终得出来的阵元信号选用最小二乘(LS)算法进行宽带聚焦处理，最后波束形成。仿真信号选用S波段(2~4GHz)雷达信号，结果表明在同一真实阵元数情况下，两种算法均能抑制信号栅瓣，并且缩小主瓣宽度，从而提高数字侦察接收机的角度分辨率。     

大间距相控阵天线栅瓣抑制技术研究

适当增加阵元间距有利于降低相控阵天线的成本,但是会带来不期望的栅瓣。文中针对5×5大间距相控阵天线栅瓣抑制技术进行了研究。改进了传统遗传算法,增加了种群的多样性。首先采用改进的遗传算法优化得到局部解,然后运用模式搜索算法优化得到最优解,并对阵列口径及阵元最小间距进行约束。其次,结合实际的工程应用,对阵元位置进行约束,优化出便于生产应用的最佳阵列排布。仿真结果表明,优化后的阵列,最大栅瓣电平得以有效抑制,满足工程应用的要求。     

分布式阵列方向图设计与栅瓣抑制方法研究

针对分布式阵列栅瓣抑制问题,提出了基于非周期阵列和随机阵列的分布式阵列方向图设计方法。首先,利用 Minimax 优化方法对子阵的边界进行优化并获取子阵最优位置参数, 实现分布式子阵随机优化布阵,从而消除阵列的周期性并最大限度地抑制栅瓣;其次,采用角度旋转的方式来消除分布式子阵之间的周期性,使得在方向图优化设计时能够避免栅瓣的累积叠加, 达到抑制栅瓣的目的。仿真分析结果表明,所述方法能够有效抑制分布式阵列的栅瓣,获得无栅瓣影响的分布式阵列方向图。     

分布式雷达节点位置优化的多约束遗传算法研究

分布式雷达是近年来国内外广泛关注的一种新体制雷达,具有机动性强、成本低、可靠性高等优点。但是由于分布式雷达节点的稀疏布置,容易产生栅瓣、高旁瓣等问题,严重影响雷达系统性能。本文基于多约束遗传算法提出了一种分布式雷达节点位置优化方法。该方法首先基于约束最小间距对节点位置进行实值映射编码,并对遗传算法的种群进行初始化,然后对种群进行先增广后收缩的选择处理,再根据自适应概率进行交叉和变异处理,最后经迭代实现分布式雷达节点位置的优化设计。该方法不仅能够有效抑制系统栅瓣,还能够满足多约束需求显著降低系统旁瓣电平。与已有方法相比,该方法简单易行、全局搜索能力强。通过仿真验证了所提方法的有效性和稳健性。      

基于方位向互相干因子的建筑物布局成像

针对超宽带MIMO穿墙雷达建筑物布局成像中墙体位置偏移以及稀疏阵列引起的旁瓣和栅瓣问题,利用方位向上距离向轮廓在主瓣周围相似而在旁瓣/栅瓣周围不同的特性,提出一种基于方位向互相干因子加权的建筑物布局成像方法。首先计算方位向互相干因子,加权消除图像的旁瓣/栅瓣;然后结合Hough变换检测墙体位置并计算未知墙体的厚度,分别按墙体位置和墙体厚度划分子图像和补偿时延,获得墙体位置校正后的子图像;最后融合子图像得到最终的建筑物布局成像。仿真实验和实测数据处理结果表明,该方法在抑制旁瓣/栅瓣的同时也校正了墙体位置并实现聚焦成像。     

宽带有源天线阵列设计

宽带有源天线阵列在实现工作频带内无栅瓣扫描时,其辐射单元口径和单元间距在工作频段的低端就会显得过于狭小和紧密,在频率低端阵列增益偏低,有源电路布置空间局促。应用波长比例缩放阵列（WSA）来实现宽带有源天线阵列,阵列是由两种或两种以上不同带宽的天线单元组成的异构阵列,兼顾了高低频段阵列性能,为有源电路布置提供了充裕空间。通过电磁计算,验证了该方法的可行性和高效性。针对WSA阵列的工程应用,提出了一种典型的天线阵列结构、片式收发组件和射频互联电路设计。该设计为超宽带多功能有源相控阵天线的应用提供了一种新的方案。