毫米波共形相控阵雷达导引头波束形成

针对毫米波圆锥台共形相控阵天线阵列低副瓣波束形成,提出了基于最优非均匀子阵划分及最优子阵激励的低副瓣波束形成方法.该方法利用多目标进化算法,先通过对整个扫描波束空间进行空间采样并形成空间采样点的天线辐射方向图,然后引入两个多目标函数对这些空间采样点的天线辐射方向图进行低副瓣约束,可获得指定扫描空间内任意角度的低副瓣波束形成.通过多目标进化算法优化子阵结构及其激励能够有效抑制辐射方向图副瓣电平.仿真实验证明该方法有效.     

制导武器共形天线阵列的配置方式

针对制导武器共形相控阵天线阵列形成特定波束指向的方向图特性问题,讨论了几种共形天线阵列的配置方式。首先建立棱锥阵列和圆锥阵列的几何模型,再分别就棱锥阵列和圆锥阵列讨论天线单元的不同配置方式,并建立各自的天线方向图函数和方向性增益函数。通过比较各种阵列配置方式下的天线方向图副瓣特性及共形天线阵列的方向性增益,综合选取副瓣最小和方向性增益最高的制导武器共形天线阵列的最优配置方式。仿真结果表明,在同等参数配置条件下的圆极化圆锥矩形栅格阵列可以作为制导武器共形天线阵列的最优配置方式。     

低频共形阵的宽带波束域高分辨方位估计方法

针对共形布阵技术,提出了适用于低频共形基阵的宽带波束域高分辨方位估计方法。首先利用基于二阶锥规划的波束优化技术设计适用于低频共形基阵的宽带恒定束宽波束形成器,然后用设计好的波束形成器对基阵输出数据进行空域预滤波,使宽带信号的不同频率分量能无失真地通过,同时抑制旁瓣区的干扰,最后针对滤波后的多波束输出采用波束域高分辨方位估计方法估计目标方位。由于基于二阶锥规划技术设计恒定束宽波束形成器仅需要对主波束进行拟合,提高了设计精度,减小了聚焦误差,从而提高了方位估计的性能。计算机仿真和湖上实验数据处理结果验证了该方法能有效地估计出水下低频宽带目标声源的方位。     

多输入多输出阵列目标方位估计方法

提出了一种主动阵列目标定向空时编码新构型,即多输入多输出(multi-input multi-output,MIMO)阵列。MIMO阵列发射不相关信号(正交信号),扫描向量是常规相控阵发射扫描向量与接收扫描向量的卷积,从而产生了虚拟阵元,扩展了阵列孔径,形成的波束图是常规发射阵波束图与接收阵波束图的乘积,因此主瓣更窄,旁瓣更低。两目标高分辨统计性能的仿真分析和实验研究表明,与常规相控阵相比,MIMO阵列具有更高的目标角度分辨率和检测性能。     

基于粒子群优化的圆阵列波束形成方法

围绕均匀圆阵列(uniform circular array, UCA)在波束形成中存在的波束主瓣宽、旁瓣电平高的问题,提出了一种基于粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法的圆阵列波束形成方法。通过对UCA的输出信号进行模式空间变换,将UCA数据转换为虚拟均匀线阵数据形式。利用PSO算法充分挖掘均匀线阵各阵元间数据信息,进行阵元拓展,从而实现阵列阵元数及孔径尺度的增加,实现降低阵列波束主瓣宽度及旁瓣电平的目的。实验结果表明,在适当增加计算复杂度的前提下,利用PSO算法对阵列进行阵元拓展可以显著地提高波束形成质量,且适用于自适应波束形成。     

存在幅度/相位误差的稳健波束形成

基于线性约束最小方差准则(LCMV)的自适应波束形成器,在存在阵列幅度/相位误差情况下性能会显著下降。针对此情况,基于信号子空间与噪声子空间的彼此正交特性,对存在误差的信号导向矢量和干扰导向矢量,同时向信号子空间投影,然后对投影后的导向约束采用LCMV准则进行自适应波束形成。理论分析和仿真结果表明文中方法对阵列幅度、相位误差具有稳健性。     

基于虚拟孔径投影的共形阵MIMO雷达发射波形设计

为了克服共形阵天线单元指向互异带来波形旁瓣高的缺点,该文以圆弧阵为例,提出一种基于虚拟孔径投影的共形阵多输入多输出(multiple input multiple output，MIMO)雷达发射波形设计方法。该方法首先对各阵元指向进行精确建模,并通过共形阵虚拟投影方法,获得规则虚拟投影阵列;其次向量化发射信号矩阵,将发射波形设计问题转为发射信号协方差矩阵降秩问题;最后通过log det heuristic 算法获得针对该虚拟阵列波形设计的凸优化数学模型,并利用凸优化工具箱对其求解。仿真结果表明,相较于现有方法,该方法能够对共形阵MIMO雷达设计更低旁瓣的发射波形。     

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。     

固定多波束扩频测控信号同步实现技术

针对固定多波束扩频测控信号同步和波束扫描问题,提出了一种快速同步及波束扫描实现方法。该方法通过时分复用结构的部分相关匹配滤波和延迟锁定环,可实现大频偏情况下的快速伪码同步,剥离伪码后的信号经去调制处理后,结合基于快速傅里叶变换的前向频率估计和判决反馈锁频锁相环,实现跟踪阵列波束载波同步及波束切换过程中跟踪阵列波束及切换阵列波束的同时跟踪。仿真结果表明,该实现方法能满足高动态多波束扩频测控信号快速同步、快速扫描和切换过程连续解调的要求。     

一种环形结构的耦合振荡器阵列及其在有源天线阵中的应用

基于耦合振荡器阵列的有源相控阵天线由于不采用移相器,利于集成,因而是相控阵天线实现低成本和小型化的有效途径之一.提出了一种环形结构的二维耦合振荡器阵列,这种阵列的阵元按照环形排列,阵元之间的耦合通过径向的耦合网络实现.推导了环形结构耦合振荡器阵列的平面相位分布控制方法,只需要控制边界阵元即可实现阵列的平面相位分布控制.同时,对基于环形结构耦合振荡器阵列的有源天线阵的相位控制误差和波束扫描范围进行了分析,理论和仿真结果表明,阵列的相位控制误差具有积累特性.当阵元径向间距为半波长时,可以实现偏离阵面法线30度范围内的波束扫描.     

Hybrid alternate projection algorithm and its application for practical conformal array pattern synthesis

Based on the fabricated 12-element cavity-backed microstrip sector cylinder array,a novel hybrid alternate projection algorithm(HAPA),which combines analytical method with numerical techniques effectively,is proposed for synthesizing the pattern of practical conformal array.The algorithm applies the variable direction aperture projection method with mutual coupling correction techniques to provide the good initial excitations of elements to the enhanced alternate projection algorithm(EAPA).In order to do further optimization,which improves the convergent speed of the algorithm significantly.Finally,the HAPA has been applied to the fabricated sector cylinder array with mutual coupling considered.The results of synthesized patterns,such as low sidelobe with null points formed pattern,beam scanning with low sidelobe pattern and the shaped beam pattern are presented.It demonstrates the validity of HAPA in practical conformal array synthesis.     

两维数字阵列雷达的数字单脉冲测角方法

研究了两维数字阵列雷达的数字单脉冲测角方法,分析了基本单脉冲测角过程中存在的问题,提出了改进的数字单脉冲测角方法。该方法在差波束形成过程中考虑了不同工作频率、不同波位的天线等效孔径的变化。针对测角误差信号的非线性特征,在根据误差信号计算目标角度时采用了多阶多项式拟合的方法,给出了数字阵列雷达中数字单脉冲测角的详细过程。计算机仿真和实测结果表明,此方法具有良好的测角性能,减少了对单脉冲测量误差曲线的存储要求,适合于工程实际应用。     

分布式nested阵列及其高精度DOA估计

为了进一步提高分布式阵列的自由度和分辨力,提出一种分布式nested阵列。该阵列将nested阵列作为分布式阵列的子阵。基于Khatri Rao积, nested子阵可提高整个阵列的自由度。分布式nested阵列以较少的阵元数及硬件成本实现大的孔径和较高的分辨力,而且提高了目标波达方向(direction of arrival, DOA)估计的精度。并利用基于Khatri Rao积的空间平滑酉旋转不变子空间(estimation of signal parameters via rotational invariance techniques, ESPRIT)算法进行DOA估计。其先对协方差矩阵向量化提高自由度,然后利用空间平滑对新数据协方差矩阵进行秩恢复,最后使用双尺度酉ESPRIT算法得到DOA估计。仿真结果证明所提方法的有效性。     

优化DPC-MAB SAR性能的自适应阵列配置技术

偏置相位中心方位多波束（displaced phase centers multiple azimuth beam, DPC-MAB）模式有效地提高了星载合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)系统的高分辨大测绘带(high resolution wide swath, HRWS)观测能力,但是脉冲重复频率（pulse repetition frequency, PRF）偏离均匀采样要求的最优值时,信号重构的性能会有恶化。依赖于有源相控阵天线灵活的波束形成能力,通过自适应地调整相位中心间距可以实现任意脉冲重复频率下的均匀采样,从而使得系统在信号重构、方位模糊抑制比以及信噪比等方面的性能得以优化。依赖于这样的阵列配置,还能够在无附加独立发射孔径的条件下实现多发多收（multiple-input multiple-output, MIMO）系统,进一步扩展系统功能。     

基于互质阵虚拟阵列空间平滑的相干信号DOA估计方法

针对相干信号波达方向(direction of arrival, DOA)以空间平滑方法为基础的算法中阵列孔径损失严重以及低信噪比环境下算法估计性能较差等问题,提出一种无需信源数先验信息的互质阵列相干信号DOA估计方法。首先,对互质阵列得到的协方差矩阵矢量化,在虚拟阵元空洞位置内插天线零元,重构协方差矩阵为Toeplitz矩阵,拓展阵列孔径。然后,对重构阵列进行前后向空间平滑处理,消除信号相干性,提高算法估计性能。最后,将前后向平滑矩阵类比均匀对称阵列的协方差矩阵,设计代价函数转化为凸优化问题,通过谱峰搜索进行DOA估计。理论分析及仿真结果表明,该方法无需入射信号信源数,计算复杂度低,且在低信噪比环境下相干信号DOA估计数、估计分辨率以及估计精度都得到了明显改善。     

共置天线的分布式相参MIMO雷达布阵优化研究

多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）雷达与传统相控阵雷达相比,其最大优势在于由天线孔径空间卷积带来的更高的角度分辨力。将多部X波段相控阵雷达组成共置天线的分布式相参MIMO雷达可以实现更窄的波束宽度,但随之而来的是严重的栅副瓣问题。以降低MIMO雷达稀布阵旁瓣电平为目标,对共置天线的分布式相参MIMO雷达阵地布置进行优化。仿真试验结果显示粒子群算法应用到该最大最小问题是有效和稳健的。     

Direction of arrival estimation on cylindrical conformal array using RARE

When the information of mutual coupling and shadowing effect of a conformal antenna array are unknown,the performance of direction of arrival (DOA) estimation will be seriously degraded by using some classical methods,such as the multiple signal classification (MUSIC) algorithm.Meanwhile it is difficult to measure or estimate the shadowing effect.The DOA estimation for a conformal uniform circular array (UCA) is studied.Firstly,the azimuthal angle is separated from all the unknown information by transforming the UCA from the element space to the mode space.Then the rank reduction (RARE) algorithm is applied in the estimation of the azimuthal angle.The π ambiguity existed in the RARE is solved by the beam forming.The main advantage of this method is that it does not need to measure the mutual coupling and the shadowing effect.Compared with the subarray method,it will not decrease the aperture of the array.Simulation results validate the advantages of the method.     

MIMO雷达稀疏阵列优化设计方法

针对运动平台多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达应用中无法进行规则稀疏布阵, 传统的稀疏阵优化设计方法优化对象单一的问题, 提出一种利用多目标进化算法(multi-objective evolutionary algorithm, MOEA)进行阵列结构优化的方法。将MIMO雷达接收端的收发联合和差波束的旁瓣电平为优化目标, 使系统具有尽可能好的和差波束旁瓣抑制性能。仿真结果表明, 基于Pareto秩排序的MOEA的MIMO雷达稀疏阵优化设计可以使系统多种性能得到提升。