基于多任务学习方向图可重构稀疏阵列天线设计

方向图可重构天线能够根据实际需要实时改变阵列天线的方向图,稀疏天线阵在满足方向图要求的前提下可以有效降低天线设计的复杂度。提出了一种基于多任务学习的方向图可重构稀疏阵列天线设计方法。将稀疏阵列优化设计及其方向图综合问题转换成为稀疏矩阵的线性回归问题,利用多任务学习能同时对多个相关任务优化学习的特性,建立了多个方向图联合赋形的多任务学习模型。通过迭代收缩阈值的方法,对多任务学习问题进行优化求解,使得阵列天线能够使用更少的阵元实现多个方向图的重构。仿真结果表明,该方法可以生成相同阵列结构的稀布天线阵,并通过动态改变其权值向量,实现多个方向图的精确赋形。     

FAST宽带双极化多波束馈源设计

双极化和宽带设计可以提高射电天文望远镜的观察效率;多波束技术可以拓宽视场,提高观察速度。利用多个独立的馈源偏焦放置实现的多波束反射面天线,具有结构简单、随频率变化性能稳定等优点。设计了一个针对500 m口径球面望远镜(five hundred meter aperture spherical telescope, FAST)的双极化、宽带19波束馈源,给出了馈源的实现方式和测试结果,利用馈源的幅度和相位辐射方向图,计算了由主动球面形成的多波束瞬时抛物反射面天线的性能。分析了剩余球面由于能量泄露对瞬时抛物反射面产生的影响。该系统级的设计方法及设计结果可为FAST将来的频段更换等升级改造提供设计参考和数据参考。     

基于群交叉变异MPPSO的MIMO雷达发射波束形成

采用基于智能算法优化发射信号互相关矩阵的方法来形成所期望的发射天线方向图,实现多输入多输出(multiple-input multiple-output, MIMO)雷达发射波束控制。根据MIMO雷达数学模型构建了适合智能优化的代价函数,提出群交叉变异多相粒子群算法（swarm exchange and aberrance multiple-phase particle swarm optimization, SEA-MPPSO）,并将其应用于MIMO雷达发射信号互相关性的优化,实现了发射波束赋形。方法快速高效,能最大程度地逼近全局最优解。计算机仿真结果证明了方法的可行性和有效性。     

SC-FDMA系统中继波束赋形与用户功率分配算法

针对协作单载波频分多址（single-carrier frequency-division multiple access, SC-FDMA)系统提出了一种信干噪比约束下的中继波束赋形和用户功率分配联合优化算法。该算法能使得基站端输出信干噪比满足给定约束条件的同时最小化中继节点和用户节点的发射功率。该文通过利用矩阵分析中的瑞利商理论以及交替优化理论,分析并推导得出了最优的中继节点波束赋形和用户功率分配算法。仿真结果及分析表明,该文提出的中继波束赋形和用户功率分配〖JP3〗算法与采用正交频分复用系统下的算法相比能有效地节省中继和用户节点的发射功率。此外,为了降低算法复杂度以及所需反馈开销,该文还给出了用户端等功率分配的方法以及在此基础上的中继波束赋形算法。     

动态超表面天线阵列混合发射波束成形

动态超表面天线(dynamic metasurface antenna, DMA)阵列是一种可实现模拟-数字混合波束成形的新型阵列结构, 其模拟波束成形部分由DMA实现, 系统实现的复杂度低。本文研究基于DMA阵列的混合发射波束成形, 核心问题是模拟与数字发射权值的联合优化。该文基于交替优化思想将模拟-数字权值联合优化问题分解为多个子问题, 提出一种基于交替方向乘子法(alternating direction multiplier method, ADMM)的求解方法。该方法首先引入辅助变量简化问题模型, 然后通过交替优化求解辅助变量、数字权值和模拟权值。其中, 辅助变量求解具有闭式表达式, 数字权值与模拟权值解耦合后利用ADMM分别求解。仿真结果表明, DMA阵列与典型的唯相混合阵列和恒模约束下的唯相阵列相比, 具有更好的混合发射波束成形性能。     

基于改进粒子群算法的平面阵同时多波束赋形方法

针对当下平面阵同时多波束赋形需求, 提出基于改进粒子群算法的平面阵同时多波束赋形方法。将自适应操作粒子结构、反梯度加权用于粒子群搜索算法作为创新点, 根据粒子群收敛度自适应调整操作粒子结构的概率, 以平衡粒子群全局探索和局部利用能力, 根据多目标优化程度对各优化指标反梯度加权, 以抑制多目标优化失衡, 对阵列相位、幅度优化实现低旁瓣、窄波束宽度和高增益的效果。实验表明, 在传统非线性智能优化方法效果不好的情况下, 该方法对阵元数较多的任意平面阵同时多波束赋形效果较好。     

单反射器天线辐射的电磁场

由初级馈源照射的单个或多个金属反射器的天线,经常使用厘米波到毫米波波段。 这种天线有很大的优点:性能高,制造简单,价格低廉及外形多样化。实际上这种天线包括一个或两个对称或非对称切割的反射器(卡塞格伦天线),横向辐射(喇叭天线)或纵向辐射(介质天线)的初级馈源等等。 本文旨在陈述计算反射器天线和初级馈源辐射场所使用的方法,并列举在某些情况下所取得的结果。     

基于单偏馈抛物面天线空域极化特性的最佳波束宽度研究

先给出偏馈抛物面天线远场的主极化和交叉极化分量的理论推导,得出其空域极化特性是焦径比和偏馈角的函数。根据实际单偏馈抛物面天线设计中的约束合理设定了天线模型的参数,然后利用专业软件对天线的空域极化特性进行了仿真分析。从大量仿真实验结果中总结了单偏馈抛物面反射天线空域极化特性随着方位角、俯仰角、偏馈角、焦径比改变的变化规律,在此基础上提出了天线空域极化特性处理的最佳波束宽度的概念并给出天线空域极化特性在最佳波束宽度内的变化规律。     

赋形开槽天线研究

本文介绍了一种新颖的开槽天线,这种天线是在矩形金属波导的宽边金属壁上按一定的口面辐射要求开出一条连续的长槽。它形成的口面辐射具有H面的倾斜波束、滚动面(准E面)的宽波束。它有许多独特的性质。文中给出了这种天线的分析和综合方法,并介绍了赋形开槽天线作为一种弹上天线的应用实例。     

基于天线分组的携能中继的保密传输方案

由一个单天线的源节点、目的节点和一个多天线的中继节点组成的存在窃听节点的两跳无线网络,研究其在中继节点能量收集约束下的物理层保密传输方案。窃听节点的位置和信道状态不可知,采用由目的节点在第1跳时发送人工噪声进行协作干扰的方式保护两跳传输中保密信息。中继节点采用携能通信工作模式,从接收的信号和人工噪声中提取能量用于信号的转发。第1跳时,中继节点的天线分为两组,分别用于保密信号的接收合并和能量的收集。在第2跳时,中继节点利用所有天线采用波束赋形技术转发信号。由于不能获得窃听信道状态信息,因此以最大化目的节点的速率为目的,对中继节点的转发波束赋形矢量进行优化,并给出一种次优的低复杂度的天线分组策略。仿真结果表明,提出的方案能获得可观的保密速率,提出的天线分组策略的性能明显优于功率分裂策略。     

异构网络下的改进校准方案

异构网络中通过不同节点的协同多点传输进行协同波束赋形,可以消除小区间干扰,而系统得到信道信息的准确性直接影响协同波束赋形的性能。提出了一种基于校准矩阵法异构网络下的改进校准方案,无需系统测量影响信道互易性的增益因子,突破常见优化校准矩阵算法对收发端天线数目的约束。通过链路级仿真和先进的长期演进技术下的异构网络系统级仿真对该方案进行仿真验证,仿真结果表明该方案能够有效地恢复时分双工系统的信道互易性,修复系统的误码率以及吞吐量性能。     

基于同时扰动的单通道接收阵列天线跟踪方法

针对车载卫星移动通信系统的波束指向跟踪问题,提出一种基于同时扰动的单通道接收阵列天线跟踪方法。由于无法获得目标函数的准确梯度,所提方法对控制变量采用无差别的随机扰动,实现了单通道接收阵列波束指向的精确对准;通过分析移相器对波束指向的影响,提出了改进的同时扰动跟踪方法,加快了跟踪过程的收敛速度,为实现车载相控阵天线的精确、快速跟踪提供了一种新思路。与现有跟踪方法相比,所提方法直接扰动移相器而不是波束指向,减小了移相器参数变化和系统误差对跟踪结果的影响,提高了波束跟踪的稳定性,降低了天线设计的硬件要求。     

多发多收Scan模式实现高分辨宽测绘带SAR成像

针对传统星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)高分辨与宽测绘带成像之间的矛盾,提出基于多发多收扫描模式的SAR成像方法。该方法通过控制波束指向,使其在距离向多个子测绘带间周期性照射,进而得到距离向宽测绘带。同时,为了保证方位向分辨率,利用多天线接收和波束形成实现低方位重复频率下的多普勒模糊信号重构。另外,利用多个发射天线发射不同载频信号及频带合成技术获得距离向高分辨率。最后,应用参数设计结合仿真数据实验验证了该方法的有效性。     

阵面分布不均匀的相控阵天线维修优化模型

为解决大型相控阵天线维修成本高及维修时机难以确定、维修优化建模难度大、优化模型仿真计算困难等问题,提出一种基于区域量化的天线阵面维修优化模型。通过分析天线单元失效对天线性能的影响,建立了天线阵面的区域量化模型,将天线阵面的维修问题转化成多个子区域的维修优化问题。在此基础上,以使用可用度为约束条件、以单位时间维修费用最小为优化目标,建立了阵面分布不均匀的大型相控阵天线视情维修优化模型。算例仿真与分析表明,提出的模型真实有效、可行性强,能够很好地解决阵面分布不均匀的相控阵天线维修优化问题。     

基于NSTPNT的风电系统可靠性对风电预测误差灵敏度

研究电力系统可靠性对风电预测误差的灵敏度,量化风电预测误差对可靠性的影响,可为风电并网系统的优化调度与备用规划提供参考依据.实际风电预测误差的分布未知,给灵敏度计算带来困难.本文首次提出非标准三阶多项式正态变换方法,推导非标准正态假设下多项式系数的解析表达式,实现将风电预测误差转换为同期望,标准差正态随机变量的多项式形式.将转换后的风电预测误差,代入含备用最优负荷削减模型,评估风电系统可靠性.提出可靠性指标对风电预测误差期望,标准差的灵敏度解析算法.算例验证了非标准三阶多项式正态变换方法与预测误差分布参数可靠性灵敏度算法的准确性.分析备用容量与标准差变化对预测误差可靠性灵敏度的影响.     

LTE-A中的SLNR联合校准多用户多流波束赋形方案

提出了一种长期演进项目的后续演进（long term evolution-advanced, LTE-A）中的信漏噪比联合校准多用户多流波束赋形方案。基于信漏噪比准则进行波束赋形消除多用户间干扰,实现LTE A下的多用户多流波束赋形传输;建立信道校准机制,补偿实际通信系统中的射频增益影响,恢复信道互易性,提升实际通信系统中的误码率性能。在适用于LTE-A的空间信道扩展模型(spatial channel model extension, SCME)信道环境下进行了仿真,仿真结果表明,该方法相比常用的基于信干噪比准则的块对角化方案误码率性能有明显提升,且能在存在射频增益影响的非理想环境中恢复信道互易性,提升系统传输性能。     

赋形卡氏天线主面变形的副面实时补偿

针对赋形卡氏天线主面变形导致电性能变差的情况,提出了一种通过实时调整副面位置对其进行补偿的方法。根据最小二乘法对赋形主面的母线离散数据进行分段抛物线拟合,用得到的一组标准抛物环面对变形后的主面进行最佳吻合,同时限定各抛物环面满足同焦轴约束。通过优化计算得出主面吻合参数,再根据主副面的匹配关系,计算副面的空间位置调整参数。将各工况下的副面调整参数存入数据库,实时调用以补偿主面变形。对某64 m天线进行了案例验证,得到了满意的结果。     

大型卡塞格伦天线系统最佳吻合调整方法

本文运用最佳吻合概念和离散数值计算方法,导出卡塞格伦天线系统中最佳吻合抛物面和最佳吻合双曲面的两组参数方程。根据吻合参数,提出了大型卡塞格伦天线系统的最佳吻合调整方法。该方法能有效地提高天线结构精度,减小规律性结构误差对天线电气性能的影响,具有一定的工程实用价值。     

MIMO系统中一种基于邻域的有限反馈方法

针对时间相干信道下多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)波束赋形系统提出了一种基于邻域的有限反馈方法.该方法利用相邻帧波束赋形码字间的相关性,将前一帧波束赋形码字的邻域内码字组成当前帧的新码本,从而降低反馈比特数,并给出周期性反馈和自适应反馈两种方案.仿真结果表明所提方案相比普通反馈方法能有效降低反馈速率,周期性反馈能显著降低反馈量但有一定的性能损失,自适应反馈能适当降低反馈量且没有任何性能损失.     

固体等离子体频率可重构天线的实现方法

基于对横向PIN二极管的物理建模,分析了固体等离子体的形成机理,建立了复介电常数、电导率等固体等离子体参数与半导体中载流子浓度、横向PIN二极管的物理结构尺寸等参数的关系,并研究得到了电磁波在横向PIN二极管中的传输与损耗特性。以硅基横向PIN二极管为基础,提出了固体等离子体频率可重构天线的实现方法,通过控制横向PIN二极管的通断,可以获得不同的天线谐振工作频率。通过可重构振子天线的设计与加工测试,天线的频率重构范围超过一个倍频程。实验测试结果与仿真分析实现了良好吻合,验证了理论分析的正确性与天线实现方法的可行性。