差分进化算法在阵列天线波束赋形中的应用研究

摘要

阵列天线在移动通信、雷达、卫星通信等领域中都有着广泛的应用，在这些系统中，通常希望阵列天线能够获得某种期望辐射方向图，即为阵列天线波束赋形。阵列天线波束赋形优化问题的求解是通过优化算法控制阵列天线的阵元位置、阵元幅度和相位来逼近期望的方向图。本文展开了运用自适应差分进化算法（SaDE）分别控制直线阵列的阵元位置综合得到单零陷方向图、多零陷方向图的研究；控制直线阵列的阵元幅度综合得到宽零陷方向图；控制平面阵列的阵元幅度综合得到单零陷方向图、宽零陷方向图；控制直线阵列的阵元幅度和相位综合得到余割平方方向图、平顶方向图。本文的主要工作和创新如下： 1.分析了阵列天线波束赋形的研究意义，分析了进化算法在阵列天线波束赋形中的应用研究现状。 2.介绍了阵列天线的基本理论，分析了均匀直线阵列方向图函数、非均匀直线阵列方向图函数、平面阵列方向图函数,介绍了阵列天线的一些基本概念。 3.在传统差分进化算法的基础上，分析了自适应差分进化算法，并且设计合适的适应度函数，利用自适应差分进化算法控制直线阵列的阵元间距形成单零陷方向图、多零陷方向图，并将仿真结果与已有文献的研究结果进行对比分析，证明其自适应差分进化算法在直线阵列单零陷、多零陷方向图综合问题上的有效性；在自适应差分进化算法的基础上，采用控制直线阵列的阵元幅度形成宽零陷方向图，并将实验结果与相关文献的仿真结果进行比较，实验结果表明自适应差分进化算法在直线阵列宽零陷方向图综合问题上的有效性。 4.在自适应差分进化算法的基础上，采用控制平面阵列的阵元幅度形成单零陷方向图、宽零陷方向图，实验结果表明自适应差分进化算法在平面阵列零陷方向图综合问题上的有效性。 5.运用自适应差分进化算法，以直线阵列的阵元幅度和相位为优化变量综合余割平方方向图和平顶方向图，并将仿真结果与已有文献的研究结果进行对比分析，显示其自适应差分进化算法有效地赋形了直线阵列天线余割平方方向图和平顶方向图。

目录

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 进化算法在阵列天线波束赋形中的应用研究现状

1.3 本文的主要贡献与创新

1.4 本文的结构安排

第二章 阵列天线的基本理论

2.1 阵列天线的种类

2.2 阵列天线的基本原理

2.2.1 阵列天线的辐射场与方向乘积定理

2.2.2 直线阵列天线的方向图函数

2.2.3 矩形栅格矩形边界平面阵列方向图函数

2.3 阵列天线的基本概念

2.4 本章小结

第三章 自适应差分进化算法的基本原理

3.1 差分进化算法概要

3.1.1 差分进化算法思想

3.1.2 差分进化算法描述

3.1.3 差分进化算法流程

3.1.4 差分进化算法参数的选择

3.2 差分进化算法改进方法

3.3 自适应差分进化算法

3.3.1 变异策略的改进

3.3.2 变异因子的改进

3.3.3 交叉因子的改进

3.3.4 自适应差分进化算法的流程

3.4 本章小结

第四章 阵列天线零陷综合

4.1 运用自适应差分进化算法控制直线阵元间距形成零陷

4.1.1 阵列的优化模型

4.1.2 适应度函数构造

4.1.3 稀布线阵形成单零陷

4.1.4 稀布线阵形成多零陷

4.2 运用自适应差分进化算法控制直线阵元幅度形成零陷

4.2.1 阵列的优化模型

4.2.2 适应度函数构造

4.2.3 直线阵列宽零陷赋形

4.3 平面阵列零陷赋形

4.3.1 阵列的优化模型

4.3.2 适应度函数构造

4.3.3平面阵列单零陷赋形

4.3.4 平面阵列宽零陷赋形

4.4 本章小结

第五章 特殊波束形状赋形

5.1 余割平方方向图的综合

5.1.1 阵列的优化模型

5.1.2 适应度函数构造

5.1.3 控制直线阵列的阵元幅度与相位形成余割平方方向图

5.2 平顶方向图的综合

5.2.1 阵列的优化模型

5.2.2 适应度函数构造

5.2.3 控制直线阵列的阵元幅度与相位形成平顶方向图

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果