机场跑道异物监测中稀布平面阵列天线的优化

摘要

机场跑道异物FOD（Foreign Object Debris）是指散落在机场跑道上的某些外来物体。本文主要优化毫米波机场跑道异物监测雷达的稀布平面阵列天线系统，使得天线系统可以实现波束扫描、减少成本和性能更优。本文在优化设计稀布平面阵列天线中，在阵列孔径、阵元数目和阵元间距的约束下，通过对阵元位置的优化，获得更低的峰值旁瓣电平。
　　本文主要运用修正遗传算法和改进的粒子群算法优化稀布平面阵列天线，主要的工作和创新之处：
　　1．分析了毫米波雷达监测系统的优越性，分析了毫米波机场跑道异物雷达监测系统对天线系统的需求，分析了采用稀布阵平面阵列天线的可行性和优越性。
　　2．介绍了阵列天线的基本理论，详细分析了多种形式的直线阵列和平面阵列，并且给出了相应的阵列方向图函数和优化设计模型。
　　3．在修正遗传算法的基础上，采用降维算法优化稀布圆环阵列天线，将二维的平面阵列转换为一维的直线阵列，简化优化过程，并将仿真结果与已有的文献和研究结果进行对比分析，证明其效性；在修正遗传算法的基础上，采用半径优化的方式优化稀布圆环阵列天线，间接优化阵元的位置，缩少优化量、减少优化时间，并将仿真结果与已有的文献和研究结果进行对比分析，证明其有效性和鲁棒性。
　　4．在粒子群算法的基础上采用速度调整的改进粒子群算法和增加扰动的改进粒子群算法优化矩形栅格的平面阵列，使得粒子在迭代过程中可以动态地调整其学习方向，避免出现局部最优从而获得更优粒子，并将仿真结果与粒子群算法的结果进行对比分析，证明了改进粒子群算法的有效性。

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第一章 绪论

1.1 研究工作的背景与意义

1.2 国内外机场跑道异物监测系统的现状

1.3 稀布阵列天线的国内外研究历史与现状

1.4 本文的主要贡献与创新

1.5 本文的结构安排

第二章 机场跑道异物监测天线系统分析

2.1 机场跑道异物监测雷达简要分析

2.2 FOD监测雷达的天线需求分析

2.3 本章小结

第三章 阵列天线的基本理论

3.1 阵列天线的基本原理

3.2 阵列天线的几个基本概念

3.3 阵列天线的种类

3.4 本章小结

第四章 基于修正遗传算法的稀布平面阵列天线优化

4.1 修正遗传算法的原理

4.2 修正遗传算法优化稀布圆环阵列天线

4.3 基于修正遗传算法的稀布圆环阵列的降维优化

4.4 基于修正遗传算法的稀布圆环阵列天线的半径优化

4.5 本章小结

第五章 基于改进粒子群算法的稀布平面阵列天线优化

5.1 粒子群算法的原理

5.2 改进的粒子群算法

5.3 仿真实例

5.4 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