基于自适应阵列理论的方向图综合算法研究

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阵列天线广泛应用于雷达、通信、导航等无线电系统中。为了使阵列天线方向图具有特定的形状和性能(如增益、波束宽度和旁瓣电平等),需要对阵列天线进行设计以满足特定应用场景的需求。阵列方向图综合(Array Pattern Synthesis,APS)是阵列天线设计的关键技术之一,其通过调节阵列权值来逼近期望的天线方向图响应。其中,一种有效途径是通过在待控制区域添加虚拟干扰,利用自适应阵列原理来计算权值。然而,现有的方法对虚拟干扰功率的选取大多基于经验值,无法实现对方向图响应的精确控制。对此,本文研究基于自适应阵列理论的方向图综合方法,通过迭代添加具有特定功率值的虚拟干扰,使得阵列方向图响应不断逼近期望值,从而更灵活、方便、精确地控制阵列方向图响应,完成的主要工作和创新点总结如下:(1)针对传统自适应APS方法难以确定干扰功率而无法灵活控制方向图响应的问题,给出了一种最大增益的单点阵列响应控制算法(Single-Point Array Response Control-Maximum Gain,SPARC-MG),该算法可以实现单点方向图电平的精确控制。具体通过设计迭代算法,逐个控制不同方向的响应值,实现方向图的灵活控制。该算法突破了传统的整体设计方向图的思路,利用单点精确控制的概念并结合迭代算法实现方向图响应的整体精准控制,且易于在实际应用中实现。(2)针对相邻迭代中单点方向图响应突变的问题,考虑同时对多点的方向图响应进行控制,进一步研究了最大增益的多点阵列响应控制算法(Multi-Point Array Response Control-Maximum Gain,MPARC-MG),该算法有效地减小了迭代运算量,大大节约了运行时间,从而实现了方向图的快速综合。由于MPARC-MG算法运算量较小,可实现大规模阵列的方向图综合,具有更广泛地适用范围。(3)针对SPARC-MG算法通过几何方式进行参数寻优而造成的精度较低的问题,本文给出一种最小偏差的单点阵列响应控制算法(Single-Point Array Response Control-Minimum Deviation,SPARC-MD),该算法通过精准计算虚拟干扰的功率值,给出了算法参数选取的一般化解析模型。SPARC-MD算法可以合成具有平顶主瓣、深凹口、低旁瓣特点的方向图,且经过实测数据验证效果良好,为提高波束形成抗干扰的稳健性提供了新途径。
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