相控阵天线子阵级波束形成及优化

摘要

大型及超大型相控阵雷达由于其高增益、高分辨率、多波束等特点受到日渐广泛的应用,其中波束形成是关键技术。为解决大型相控阵雷达阵元级波束形成技术面临的硬件系统复杂、实时性低等问题,一般采用子阵级波束形成技术来处理。但子阵级处理往往会破坏静态方向图的性能,为了保证子阵级波束形成的性能,我们需要对子阵级波束形成进行优化。
　　本文在深入分析国内外相控阵雷达子阵级波束形成技术发展的基础上,简要介绍了相控阵雷达天线系统的阵列模型和窄带信号模型,对常规自适应数字波束形成技术及和差波束形成技术的原理及相关算法做了简要分析与仿真。为了改善子阵级自适应数字波束形成(ADBF)旁瓣电平升高的问题,结合仿真深入分析了均匀重叠划分、均匀不重叠划分和几种不均匀不重叠划分方式下得到的子阵结构对 ADBF性能的影响;并在此基础上引入子阵级加权优化,利用子阵级数字加权代替阵元级模拟加权,在大大降低硬件复杂度的同时,通过子阵结构和子阵加权的联合优化得到了性能较优的自适应和波束。子阵级和差波束需要同时对和波束及差波束的旁瓣进行抑制,且还要保证差波束的零陷足够深,本文在结合遗传算法的基础上提出了一种子阵阵元数目相同,仅优化各子阵内阵元间距的子阵结构优化方法,该方法在抑制栅瓣的同时克服了由非均匀划分引起的旁瓣电平升高问题,并通过优化其阵元级的一种加权获得硬件成本低、差零陷较深、和波束副瓣较低的和差波束;针对二维平面阵引入子阵结构、阵元级加权及子阵加权联合优化的方法,并通过采取分阶段优化方式,提高了遗传算法优化效率和优化性能。最后通过仿真验证了这些方法的有效性。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2研究历史及发展现状

1.3本文的内容安排

第二章 相控阵天线波束形成技术

2.1相控阵天线阵列信号模型

2.2自适应数字波束形成

2.3相控阵和差波束形成

2.4仿真结果与分析

2.5本章小结

第三章 相控阵天线子阵级ADBF优化

3.1 引言

3.2子阵级部分自适应处理

3.3子阵划分方法

3.4子阵级自适应和波束优化

3.5本章小结

第四章 相控阵天线子阵级和差波束优化

4.1子阵级和差波束形成

4.2阵元级加权与子阵结构的联合优化

4.3子阵级加权与子阵结构的联合优化

4.4阵元级、子阵级加权和子阵结构的联合优化

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

作者在读期间参加的科研和撰写的文章