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基于协方差稀疏迭代的柱面共形阵2-D DOA估计

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兵器装备工程学报 2020年第1期41卷 117-121页

作者：张状和韩东刘德亮陆军工程大学石家庄校区导弹工程系石家庄050003

应用协方差稀疏迭代方法实现了短快拍条件下的柱面共形阵的二维波达方向估计。根据柱面共形阵的特点,利用欧拉旋转变换构造阵列流型矩阵;对协方差矩阵进行稀疏求解,把最小化协方差拟合代价函数转化为一个凸性的线性约束最小化问题,并通... 详细信息

应用协方差稀疏迭代方法实现了短快拍条件下的柱面共形阵的二维波达方向估计。根据柱面共形阵的特点,利用欧拉旋转变换构造阵列流型矩阵;对协方差矩阵进行稀疏求解,把最小化协方差拟合代价函数转化为一个凸性的线性约束最小化问题,并通过循环最小化算法保证其全局收敛性;最后实时更新信源能量谱,谱峰对应的方位角和俯仰角即为所得二维波达方向估计值;仿真实验表明:所提算法只需少量快拍,即可实现高精度2-D DOA估计。

关键词：柱面共形阵 2-D DOA估计协方差稀疏迭代(SPICE) 短快拍

Marchand巴伦对称振子一维柱面共形阵的研究

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Marchand巴伦对称振子一维柱面共形阵的研究

作者：倪佳嘉西安电子科技大学

学位级别：硕士

本文研究了同轴线形式的Marchand巴伦及其等效电路,对其模型进行一定的改进,研究其对于对称振子天线的适用性与局限性,讨论了等效电路与理想天线单元相结合分析实际天线辐射特性的简化方法,能大幅提高运算效率,缩短软件运行时间,降低较... 详细信息

本文研究了同轴线形式的Marchand巴伦及其等效电路,对其模型进行一定的改进,研究其对于对称振子天线的适用性与局限性,讨论了等效电路与理想天线单元相结合分析实际天线辐射特性的简化方法,能大幅提高运算效率,缩短软件运行时间,降低较为复杂的天线模型对于硬件的依赖性。本文目的在于提供一种精度较高的简化方法来解决计算大型天线阵列时对于计算机硬件的需求不易满足的情况。首先研究了单独的谐振振子天线工作在UHF频段和S频段时巴伦的工作情况,对比仿真结果以及等效计算结果,巴伦尺寸相对于天线辐射体尺寸越大对辐射方向图的影响越大,因此同轴线形式的巴伦受同轴线尺寸限制,频率越高等效结果的精度会逐渐降低。接下来讨论了谐振振子排列成不同间距的共轴二元阵和齐平二元阵时,在有互耦存在的情况下等效结果与仿真结果的对比,共轴二元阵间距越大巴伦对方向图的影响越小,等效电路误差很小;齐平二元阵不同阵元间距巴伦对方向图影响很小,输入阻抗等效结果结对误差较小,但是由于小间距情况输入阻抗值较小所以相对误差较大。接着研究了均匀直线阵和一维柱面共形阵中单元,等效结果和仿真结果相比,等效结果误差均很小,进一步说明将等效电路与理想天线单元相结合分析实际天线辐射特性的简化方法应用于考虑互耦的均匀直线阵以及一维柱面共形阵的可行性。本文最后以21元均匀直线阵以及两种不同柱面半径的21元一维柱面共形阵为例,用简化方法结合理想单元仿真结果与等效算法研究了这样通常需要工作站才能计算的阵列的扫描特性。

关键词： Marchand巴伦谐振振子直线阵柱面共形阵

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互耦情况下柱面共形阵的波达方向估计

空军预警学院学报 2020年第2期34卷 79-83,87页

作者：张佳佳王建刚李静 95980部队湖北襄阳441021

针对柱面共形阵存在互耦时的波达方向估计问题,提出一种测角同时校正误差的新算法.首先将互耦误差矩阵进行分块;然后利用子阵是均匀圆阵的特殊结构,得出子阵内部和子阵之间的互耦均具有循环带状Toeplitz特性;最后构造重构矩阵解耦角度... 详细信息

针对柱面共形阵存在互耦时的波达方向估计问题,提出一种测角同时校正误差的新算法.首先将互耦误差矩阵进行分块;然后利用子阵是均匀圆阵的特殊结构,得出子阵内部和子阵之间的互耦均具有循环带状Toeplitz特性;最后构造重构矩阵解耦角度和互耦系数,从而进行级联估计.该算法无需进行迭代计算,不存在局部收敛问题,也不需要额外的辅助信源、辅助阵元以及任何互耦误差的先验信息,简单易实现.仿真结果表明,所提算法测角精度高,误差校正效果好.

关键词：互耦校正柱面共形阵波达方向估计

MUSIC算法在柱面共形天线阵DOA估计中的应用研究

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电波科学学报 2008年第2期23卷 288-291页

作者：杨鹏杨峰聂在平赵志钦电子科技大学电子工程学院四川成都610054

由于柱面共形天线阵所具有的特殊性质,使得其在利用经典MUSIC算法进行DOA估计时,性能会受到较大影响。通过将柱面共形阵划分为多个子阵的方法,可以有效地解决此类问题。仿真结果表明,该方法能应用于柱面共形阵的DOA估计,并容易推广到任... 详细信息

由于柱面共形天线阵所具有的特殊性质,使得其在利用经典MUSIC算法进行DOA估计时,性能会受到较大影响。通过将柱面共形阵划分为多个子阵的方法,可以有效地解决此类问题。仿真结果表明,该方法能应用于柱面共形阵的DOA估计,并容易推广到任意曲面共形阵。

关键词：柱面共形阵 MUSIC算法 DOA估计

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基于MUSIC算法的圆柱共形阵DOA估计

空军工程大学学报（自然科学版） 2012年第5期13卷 66-70页

作者：杨永建王晟达马健徐松涛空军工程大学航空航天工程学院陕西西安710038

柱面共形阵由于其载体曲率的影响,导致在利用经典MUSIC(Multiple Signal Classifica-tion)算法进行DOA(Direction-of-Arrival)估计时,导向矢量与噪声子空间不正交,算法性能严重下降甚至失效。在考虑载体遮挡效应的同时,结合阵元的方向性... 详细信息

柱面共形阵由于其载体曲率的影响,导致在利用经典MUSIC(Multiple Signal Classifica-tion)算法进行DOA(Direction-of-Arrival)估计时,导向矢量与噪声子空间不正交,算法性能严重下降甚至失效。在考虑载体遮挡效应的同时,结合阵元的方向性,通过对导向矢量进行重构,解决了导向矢量与噪声子空间不正交这一问题。对比子阵分割MUSIC算法,进行了MonteCarlo仿真验证,分析了有向阵元MUSIC算法的估计性能。最后以多层圆柱阵为例对4个从不同方向入射的信源进行了DOA估计仿真验证。仿真结果表明:该方法具有分辨力高,估计精度高的优点,证明了该方法的有效性和高估计性能。

关键词：柱面共形阵 MUSIC算法 DOA估计

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基于微带天线的共形天线阵列研究

基于微带天线的共形天线阵列研究

作者：刘风帆电子科技大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的发展,对可与各种复杂曲面载体表面共形的天线阵列的需求日益迫切。共形天线阵列因为可以在不改变载体的外形结构和空气动力学特性的同时,依然能满足天线的工作要求,成为阵列天线领域的一个研究热点。由于微带天线的... 详细信息

随着无线通信技术的发展,对可与各种复杂曲面载体表面共形的天线阵列的需求日益迫切。共形天线阵列因为可以在不改变载体的外形结构和空气动力学特性的同时,依然能满足天线的工作要求,成为阵列天线领域的一个研究热点。由于微带天线的低剖面,易加工的特性,很适合作为共形天线阵列的单元天线。本文包括如下工作:（1）针对瓦片式平面子阵的曲面共形阵,本文设计了相应的方向图综合算法,用矢量运算代替复杂的几何关系和公式推导,提高算法的可行性。本文设计的圆柱共形阵基于瓦片式的平面子阵,将柱面阵列的配相分解为环形阵列与三角线阵的配相,让其外接曲线拟合共形阵面,不仅实现了曲面共形阵的降维设计,保留了共形阵的一系列优点,且可以拟合任意曲线,即实现了曲率可重构,可以适应非单一曲率的任意曲面。（2）设计了一种分布式波束控制系统,将柱面阵列轴向与圆周方向馈电相位进行分离,针对复杂的圆周方向阵元馈电,使用查表法将波控码保存在存储器中,而简单的径向配相则使用实时解算法,使用FPGA进行计算,简化了计算复杂度,能够快速完成了天线阵列方位面和俯仰面的扫描。（3）通过加载金属化过孔设计了一种去耦微带天线单元,使用此单元进行了柱面阵列的加工与组装,将柱面阵列与波束控制系统组装了起来,最后完成了天线阵列不同扫描角的方向图测量。

关键词：微带天线柱面共形阵波束控制系统阵列方向图综合

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柱面共形同时多波束形成算法研究

柱面共形同时多波束形成算法研究

作者：赵柯中国电子科技集团公司电子科学研究院

学位级别：硕士

随着阵列信号处理技术以及天线制造工艺的迅速发展,全向扫描、多角度高增益波束覆盖的共形天线成为更多科研人员的研究重心,用以解决机载、舰载等设备全空域移动通信问题。通常用于实现大范围角度扫描的共形天线有柱面阵、锥面阵、圆台... 详细信息

随着阵列信号处理技术以及天线制造工艺的迅速发展,全向扫描、多角度高增益波束覆盖的共形天线成为更多科研人员的研究重心,用以解决机载、舰载等设备全空域移动通信问题。通常用于实现大范围角度扫描的共形天线有柱面阵、锥面阵、圆台阵、球面阵以及贴合于载体的特殊共形阵等,其中柱面共形阵结构简洁,是多种类型共形阵列的基础,且360°全向覆盖的计算复杂度最低,易于实现工程应用,但现有柱面共形阵研究一般为单波束,且旁瓣抑制性能有进一步优化空间,因此本课题基于柱面共形阵研究同时多波束形成算法以及旁瓣抑制优化算法,为共形阵列全方位多角度高精度扫描提供技术支持。本文主要针对柱面共形阵多波束扫描以及区域覆盖两种情况进行研究。不同方位角的多目标扫描时,形成主波束宽度较窄,增益高且旁瓣低;大范围区域或全向扫描时,形成主波束宽度较宽,顶部相对平滑且增益高,同时对旁瓣有良好的抑制效果。结合阵列天线相关参量及共形阵基本原理和实际需求建立柱面共形阵模型,并结合基于可重构子阵的重叠阵算法和基于柱面共形阵的泰勒综合优化算法,在360°范围内同时形成多个不同指向的波束,分别从同时4波束形成、同时8波束形成、同时16波束形成以及全向波束形成等四个方面进行仿真验证,并对综合所得方向图进行分析。将柱面共形同时多波束形成算法在Vivado中进行硬件仿真,最终结合硬件在FPGA中实现。主要的研究成果如下:1.提出一种基于柱面共形阵的泰勒综合优化算法。针对现有优化算法不能很好的适用于共形阵的问题,提出一种泰勒综合优化算法,所提出算法在水平和垂直两个维度对连续线源泰勒函数进行离散抽样,得到匹配于共形载体表面曲率的激励权值。在多组不同的副瓣电平值下进行仿真验证,所提出算法旁瓣电平较未优化降低5dB左右,且最多减少5.8%的阵列电流损耗,相对于仅考虑水平方向的优化算法,主瓣增益可提升0.2dB,同时主瓣宽度明显收窄、零陷加深。2.提出一种基于可重构子阵的重叠阵算法。针对扇区边缘形成波束主瓣偏移、旁瓣抬升的问题,提出一种基于可重构子阵的重叠阵算法,所提出的重叠阵算法采用子阵可重构,重叠阵元数目及重叠阵覆盖范围可变的形式,可在多波束形成时根据期望目标指向进行子阵切换,从而使得所形成波束均获得阵列最大增益。与传统扇区固定的子阵划分方式相比,当波束指向靠近扇区边缘时,重叠阵旁瓣最高可降低10dB,主瓣增益提升2-3dB,且消除两波束之间的栅瓣。

关键词：柱面共形阵同时多波束形成泰勒综合优化可重构子阵重叠阵

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柱面共形裂缝阵天线的设计与仿真

柱面共形裂缝阵天线的设计与仿真