相控阵天线多波束形成与优化

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作者：

刘新星

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摘要：

多波束形成技术是在波束形成技术的基础上同时形成多个波束,相控阵雷达通过形成多个独立的波束可以更方便的实现空域滤波的功能;随着数字技术的不断发展,多波束形成技术得到了更为广泛的应用,本文围绕数字多波束形成技术展开研究,主要工作如下:1.研究了共享孔径多波束形成技术,首先介绍了基于迭代FFT算法的共享孔径多波束形成技术,对算法进行了理论推导和仿真分析,仿真结果表明算法可形成两个性能相近的波束;由于迭代FFT算法得到的解并不是最优解,因此本文提出利用遗传算法优化阵元激励的改进方法,仿真结果表明算法性能得到了改善,但两个子阵的峰值旁瓣电平仍需要进一步的优化。然后针对旁瓣电平值较高的问题,本文还提出了基于二进制杂草算法的共享孔径多波束形成方法,同样以阵元位置为优化变量,以峰值旁瓣电平为优化目标,仿真结果表明,二进制杂草算法的优化效果要优于迭代FFT算法。同时针对现有共享孔径技术仅能形成同频波束的问题,本文还提出了一种多频率的共享孔径多波束形成方法,以波束频率各异为约束条件,将阵元位置和阵元间距同时作为优化变量,由于入侵杂草算法不适合处理多变量优化问题,本文利用模拟退火算法进行优化,仿真结果表明,算法可形成两个不同频率、不同指向的波束,且进一步抑制了两个波束的旁瓣电平值。2.研究了时间调制阵列的多波束形成技术,时间调制阵列是在相控阵的基础上增加了时间维度,在阵元数目相同的情况下,可以比相控阵形成更多的波束。本文将入侵杂草算法用于时间调制阵列多波束形成技术,以天线方向图的峰值旁瓣电平为优化目标,对每个阵元开关的控制时序进行优化。同时针对入侵杂草算法搜索能力差的问题,本文提出了一种杂草算法结合粒子群算法的改进方法,并通过与其它算法进行对比分析,仿真结果表明,改进的入侵杂草算法可以得到更低的目标函数值,算法的性能得到了进一步地改善。3.研究了时间调制阵列的零陷生成技术,针对入侵杂草算法在进化过程中缺少信息交互的问题,本文提出一种入侵杂草算法结合遗传算法的改进方法,在杂草种子扩散过程中,引入遗传算法的交叉运算操作,对杂草个体进行改良。同时本文将改进的入侵杂草算法用于阵列天线方向图综合的零陷生成技术中,仿真验证了改进的入侵杂草算法在性能上要优于常规算法,并结合时间调制阵列的谐波波束形成技术,实现了在形成多波束的同时在指定方向形成零陷。

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关键词：

多波束形成 共享孔径 入侵杂草算法 时间调制阵列