多模型稀布阵列天线优化技术研究

作     者：金一万 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐伟;田晓英

授予年度：2021年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：稀布阵列天线 差分进化算法 余量编码重组技术 改进粒子群算法 压缩感知 凸优化 

摘      要：伴随着科技的发展,天线在雷达系统中发挥着重要的作用,天线的辐射特性直接影响着雷达系统的性能。同其他类型天线相比,稀布阵列天线具有更高的自由度,不仅可以减少所需阵元的数目,同时还能获得极好的方向特性。即降低了天线构造成本,又提高了雷达系统信号的接收和抗干扰能力。本文首先介绍了阵列天线的基本知识,对直线阵、单圆环阵和同心圆环阵的方向图函数进行简要介绍,为后续的研究奠定了理论基础。其次针对单圆环阵的结构特点,提出改进差分进化-余量编码重组算法（IDE-RMCT）。该算法在差分进化算法的基础上,结合余量编码重组技术对迭代过程中的种群基因的搜索空间进行动态更新。同时利用迭代过程中的最优质基因组生成相应变异变量,根据其峰值旁瓣电平的优劣程度进行选择并更新最优解。该算法不仅提高了搜索效率,同时可以在有限的迭代次数中获取全局最优解。通过同其他算法所得结果进行对比,证实该算法在较短的运算时间内实现了对峰值旁瓣电平有效优化。然后根据同心圆环阵的结构特点,提出改进粒子群算法（MPSO）并将其应用在同心圆环阵的相关参数优化方面。该算法在粒子群算法的基础上,添加了自适应变异操作,不仅确保了优质粒子不被破坏,还提高了粒子种群的多样性。将所得结果同其他已知文献所得结果对比后表明,本方法不仅可以获得更低的峰值旁瓣电平,同时能有效减少阵元数量,有利于系统成本的控制。最后利用压缩感知技术对直线阵和同心圆环阵进行优化,利用SL0算法对稀疏信号进行求解,通过较少的阵元实现对已知方向图的重建。结合CVX求解器提出MPSO-CVX算法对直线阵中阵元位置和激励进行联合优化,同时也对同心圆环阵的阵元半径和激励幅值进行联合优化。通过仿真对比可知,该方法可使峰值旁瓣电平大幅度降低,证实了该算法的有效性。