基于共形天线阵的DOA估计

电子科技大学硕士学位论文基于共形天线阵的DOA估计及DBF若干算法研究姓名：杨鹏申请学位级别：硕士专业：电磁场与微波技术指导教师：杨峰20080501基于共形天线阵的DOA估计及DBF若干算法研究作者：杨鹏学位授予单位：电子科技大学相似文献(10条)1.期刊论文尹柳中.刘运林.卫涛.YINLiu-zhong.LIUYun-lin.WEITao基于遗传算法的圆柱共形微带天线阵的综合-四川理工学院学报（自然科学版）2007,20(1)针对基于梯度信息的经典阵列天线的综合方法一般不能直接应用于共形天线阵的综合,文章采用遗传算法,以圆柱共形微带天线阵为例,进行了共形阵波束形成的研究.提出了根据目标方向图,通过构造特殊适应度函数的方法达到优化目标.计算机仿真结果表明,遗传算法对共形天线阵方向图的灵活控制简便有效.2.学位论文唐文佳基片集成波导共形多波束阵列天线的研究2007基片集成波导技术是近年来兴起的一种微波毫米波元部件平面集成技术。本文重点研究共形基片集成波导缝隙阵天线，日本学者ShinichiYamamoto等曾用杆壁波导(Post-WallWavegudie)技术在平面上实现Butler多波束天线，本文利用基片集成波导技术首次提出并实现了圆柱面共形多波束阵列天线。论文主要工作包括：1．借助缝隙天线的传统设计方法结合基片集成波导技术设计共形天线。从传统矩形波导缝隙阵天线出发，编程计算初值，再用等效模型法设计出基片集成波导缝隙阵天线的结构，最后用仿真软件优化得到圆柱面共形基片集成波导缝隙阵天线。采用PCB工艺加工制作了实验样品并进行了测试，实测结果与设计结果一致。2．基于基片集成波导设计了圆柱面共形Butler多波束矩阵。先设计基片集成结构的耦合器和移相器，然后将这些耦合器和移相器按照Butler结构组合在一起，再对其进行整体优化，并且分析耦合器和移相器某些结构对Butler矩阵性能的影响。经过大量的仿真计算得到满意的设计结果。3．将优化设计的缝隙阵天线组成阵列并且利用以上的Butler矩阵为天线阵馈电，设计出共形多波束天线阵。在设计过程中，推导了圆柱面共形天线阵远场方向图计算公式，提高了设计准确性。最后对研制的共形四波束天线阵进行了测试，实测结果与设计结果吻合。3.学位论文欧阳骏共形天线及阵列的分析和综合研究2008共形天线由于其独有的优点在现代雷达中得到广泛地应用：首先，与其载体表面共形，对载体本身的空气动力学性能影响不大；其次，在保证天线性能的条件下，采用共形天线可以简化天线安装；而且目前普遍采用的平面相控阵列天线还存在很多问题，如：[1]波束扫描范围窄；[2]天线单元之间的互耦效应与扫描角相关等。共形天线阵可以采用圆形、球形阵列等形式，可有效地避免上述缺点，它们可以在扫描过程中基本保持天线的波束形状和增益，同时使互耦维持在一定水平上。本论文就基于复杂载体上共形微带天线单元及阵列进行分析和综合研究，对现阶段共形天线研究中的重点、难点以及一些前沿问题进行了较为深入地探讨。围绕共形微带天线的精确分析方法、共形微带天线单元及阵列的优化方法等，论文系统而深入地研究了以下几个方面的内容：第一、基于体面线积分方程(VSWIE)的共形微带天线精确分析。本文采用体、面、线及线面结合的四种基函数结合的VSWIE方程，精确计算任意形状、有限大介质和地板、探针馈电的共形微带天线辐射和阻抗特性。四种不同的基函数分别代表介质体内的体位移电流、金属表面的面电流、馈电探针上的线电流以及探针同天线结合处的电流。利用矩量法(MOM)建立线性方程组，通过求解这个线性方程组，得到各个基函数上的电流值，从而很容易地计算出天线的辐射和阻抗特性。第二、基于VSWIE的共形微带天线阵列精确分析。由于介质部分采用体剖分，其未知量大，直接采用MOM很难处理相关的阵列问题，所以有必要使用快速算法加速计算。因此，本文采用多层快速多极子(MLFMA)方法提高计算效率，减小了计算机的资源消耗。同时，针对电大载体上的微带共形天线及阵列的数值计算问题，本文还将物理光学法(PO)同VSWIE结合，在微带天线阵列区使用VSWIE方法，在金属载体区使用PO，大大提高了算法在实际问题中的应用范围。第三、适合共形的微带天线单元设计。由于微带天线共形于载体之上，其介质厚度不宜过大，本章对共形微带天线的讨论均建立在单层薄介质材料之上。针对如何展宽微带天线带宽问题，文中详细介绍了采用MOM和遗传算法(GA)开发的宽频带微带天线设计工具，以及两款宽频带微带天线。同时，由于载体上可供天线的安装空间有限，本章还对微带天线中的可重构技术展开研究，提出了：①新型频率可重构天线：②新型方向图可重构天线；③新型宽带方向图可重构天线；④新型的极化可重构天线。第四、空间映射技术(SM)在共形天线优化中的应用。文中使用SM技术针对复杂载体上的共形天线进行优化。采用SM技术后，共形天线的整体优化时间降低了约一个数量级左右。由于粗模型选用平面微带天线，因此对不同载体上的同类型的共形微带天线优化能够使用相同的粗模型。同时在深入研究后，本文还总结出了如何合理选择响应函数以加快优化速度的方法。第五、共形天线阵列的精确快速综合设计现代天线设计及优化问题往往涉及天线的各个参数，需要优化的天线参数不只一个。经典的多目标优化方法中，通常把多个目标函数整合成单个目标，将多目标优化问题转变为单目标优化问题。然而当优化目标改变时，其优化过程必须重启，同时存在多个目标函数之间量纲不同、难以统一，加权值的分配带有较强的主观性等缺点。因此本章对多目标优化算法进行了研究，在多目标优化算法的研究中，针对非支配遗传—Ⅱ(NSGA—Ⅱ)算法的不足之处，文中进行了三点改进，从而提出了一种改进的非支配遗传算法(INSGA—Ⅱ)。通过数值实验证明，改进算法提高了收敛速度和种群多样性，使种群收敛更加均匀，同时应用它来优化共形天线阵列，取得了很好的结果。4.会议论文齐子森.王布宏.郭英共形天线阵列流形的建模方法2007共形天线阵列流形的建模是经典DOA估计方法在共形阵列天线中应用的前提和基础.与平面阵相比由于共形阵列曲率的影响，单元方向图指向的差异是共形天线导向矢量建模面临的主要难点.本文详细推导了单元方向图的旋转变换方法，并以锥面共形天线阵列为例给出了共形天线阵列导向矢量的建模方法及过程.5.期刊论文李雯.郑爽共形微带天线相控阵阵列的仿真优化设计-通信技术2010,43(4)针对平面阵列天线的诸多缺点,设计了适用于工作频段34～366Hz的共形相控阵天线.依据共形微带天线阵列的设计思想及方法,选取了柱面微带贴片天线做阵列辐射单元,通过CST软件对天线的几何尺寸进行仿真和优化设计,得出了共形天线阵的各种性能指标.仿真结果表明:在该毫米波波段下设计的共形相控天线具有优良的性能,为今后设计出最优的天线阵提供了依据.6.学位论文周涛多功能组合天线研究2008随着信息技术的迅猛发展，在军事通信系统中，军事装备上各种武器、通信和电子设备不断增多，使得平台上的天线交错林立，天线面临着多频带、小型化、一体化的挑战。本文研究了一种用于潜艇通信的多功能组合天线，将三种不同频段、用途和形状的天线安装在钢质浮筒顶部的天线罩内，工作时浮筒携带天线飘浮于海面上。上述三种天线分别是：北斗天线(接收频率：2492MHz，发射频率：1616MHz)，作为卫星通信天线；X频段天线(9.2-9.5GHz)，用作与浮标附近船舶导航雷达收发通信；VHF天线(156-157MHz)，用作与浮筒周围船舶电台收发通信。其一，本文设计制作了两种双频圆极化北斗卫星通信天线：方形双层探针馈电微带天线和圆形多耦合馈电微带天线。第一种采用双探针正交馈电的方式实现圆极化：第二种采用双探针电磁耦合馈电的方式提高了天线两个端口的隔离度。然后设计制作了一种小型化的北斗接收天线，利用左手传输线技术设计了一种性能优良的正交馈电网络。其二,采用共形天线阵的形式设计了两种全向水平极化X频段微带天线阵，一个是圆柱体赋形微带阵列天线，另一个是六棱柱赋形微带阵列天线。天线具有较高的增益和良好的全向水平极化辐射特性。其三，设计了一个新型的组合复用VHF天线，充分利用x频段阵列天线的接地板和北斗天线的接地板构成天线的辐射体。采用伽马匹配的方式，通过一个串并联电容匹配网络实现天线的小型化。这种组合复用VHF天线具有较好的全向垂直极化辐射特性。上述三个天线共同构成一付多功能组合天线。7.期刊论文王布宏.郭英.王永良.齐子森.WANGBu-hong.GUOYing.WANGYong-liang.QIZi-sen共形天线阵列流形的建模方法-电子学报2009,37(3)共形天线阵列流形的数学建模是共形阵列天线信号处理的前提和基础.由于载体曲率和单元方向图指向的差异,在共形天线阵列流形的建模中,我们遇到的突出难题是如何实现单元极化方向图在阵列全局坐标系中的有效建模.首先利用三次欧拉旋转变换构造了任意三维几何载体共形天线全局直角坐标系到单元局部直角坐标系旋转变换的统一框架,并以此为基础,实现了共形天线全局极坐标系到局部极坐标系的卒间旋转变换和单元极化方向图的全局旋转变换.最后,通过柱面共形阵列天线固有的遮蔽效应进一步验证了单元方向图旋转变换的正确性.8.学位论文包子阳稀布共形阵列天线综合方法及波束形成技术的研究2009近年来，各种先进的飞行器，比如导弹、飞机、巡航导弹、卫星等，为了获得更高的空气动力学性能和武器性能，越来越希望将它们所携带的电子设备(包括雷达天线单元)安装在飞行器表面上，使阵列天线的阵面与飞行器表面相吻合，形成共形阵列天线。为了解决在飞行器上安装和固定孔径尽可能大的阵列天线的难题，采用稀布的共形天线阵列是一种既优越又现实的技术方案。在飞行器表面稀疏布阵有利于有效利用飞行体的几何形状，设计出孔径尽可能大、成本容易控制的强方向性天线阵列，且利于降低飞行器自身的RCS。本文主要针对对共形阵列天线的基础-圆形阵列和圆柱阵列天线，将共形阵列天线和稀布阵列天线的相关技术相结合起来，进行稀布和稀疏布阵综合方法及波束形成技术研究，主要包括以下几个方面：首先，介绍了遗传算法和差分进化算法的基本概念、工作原理、算法流程及其应用范围；再次，介绍了阵列信号的基本理论和相关技术，推导了任意阵列的方向图函数，进行了均匀圆形阵列的方向图综合：采用有向阵元来优化旁瓣电平；运用基本的遗传算法，进行唯相位、唯幅值、相位一幅值综合方法，进行旁瓣电平的优化；然后，建立了稀布均匀圆形阵列的优化模型，运用改进的遗传算法、改进的差分进化算法和两者的结合对全向阵元和有向阵元的圆形阵列天线单元进行稀布；最后，推导了均匀圆柱阵列的方向图函数，建立了优化模型，运用标准的遗传算法进行全向阵元和有向阵元的均匀圆柱阵列的稀疏。本文的研究成果可以为稀布共形阵列的进一步研究提供参考。9.学位论文李玉星毫米波有源共形天线阵列技术研究1997该文首先介绍了时域有限差分法(FDTD)的一般理论和应用,讨论了广义正交坐标系下的时域有限差分形式.其次,该文首次推导出了广义正交坐标系下Mur型二阶吸收边界条件最一般的形式,并与圆柱、球两类坐标系下的吸收边界条件进行了对比.该文的最后介绍了毫米波有源微带阵列天线的发展、应用以及设计方法,在k,a波段设计了一个2×4单元的毫米波柱面有源共形天线阵列.10.期刊论文齐子森.郭英.王布宏.龚成.QiZi-sen.GuoYing.WangBu-hong.GongCheng共形阵列天线MUSIC算法性能分析-电子与信息学报2008,30(11)该文在建立了三维共形天线阵列流形的数学模型基础上,将经典高分辨波达方向(DOA)估计方法-多重信号分类(MUSIC)算法移植到共形阵列天线中;详细分析推导了MUSIC算法在共形阵列天线(锥面阵列、柱面阵列、球面阵列)中的估计方差、克拉美-罗界(CRB);通过计算机仿真试验对比MUSIC算法在面阵(均匀线阵、均匀圆阵)与共形阵列中的性能函数以及估计方差,给出了MUSIC算法在不同阵列形式中DOA估计性能的评估与比较,仿真结果显