稀疏共形阵列天线综合方法
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柔性共形阵天线技术的发展及应用页数:6
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共形天线及共形天线阵综述页数:4
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一种低轨卫星通信锥台共形阵列天线设计页数:5
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共形阵列天线总结页数:1
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共形球面阵天线的三维方向图综合算法
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运用遗传算法综合稀疏阵列
运用遗传算法综合稀疏阵列Randy L.Haupt IEEE高级会员摘要：大的天线阵列很难被稀疏用来获得较低的旁瓣。
对于非周期阵列的综合问题，传统的统计学方法远远达不到最优配置的要求。
传统的优化方法不适合用来优化多参数或离散参数的问题。
本文将介绍如何利用遗传算法来优化一个稀疏阵列，并在一个周期阵列上利用遗传算法来决定哪一个阵元被稀疏从而抑制阵列的最大相对旁瓣电平。
本文将呈现200个阵元的线阵和200个阵元的面阵的仿真结果，要求稀疏阵列的旁瓣电平低于-20dB，对于线阵，同时在扫描角和带宽上进行了优化。
Ⅰ简介周期性阵列通过有目的的放置相同权值的阵元来产生幅度锥削的低旁瓣，在给定旁瓣要求的前提下利用简单的分析方法推出阵元的位置是不可能的[1]。
事实上，大部分周期阵列的分析方法都是试图将阵列区域内的阵元密度与幅度锥削的低旁瓣的振幅密度相联系起来，同时保持阵列孔径不变[2]。
阵元密度在阵列中心达到最大并逐渐向边缘稀疏，通常情况下，旁瓣电平在主瓣附近减小，而在远离主瓣的位置上增大[3]（这个通常是可接受的）。
非周期阵列的综合方法是在给定条件下达到均方旁瓣电平或是最大相对旁瓣电平的要求。
稀疏一个阵列意味着从均匀间隔阵列或者是周期阵列中抽去部分阵元从而在给定孔径的范围内产生所期望的幅值密度。
连接在馈电网络上的阵元的状态是“开”，而连接在匹配负载或虚负载上的阵元的状态就是“关”。
用稀疏阵来产生低旁瓣比稀布阵要简单的多，稀布阵的阵元位置不确定的，有无限多的取值可能。
稀疏阵有2Q种组合，其中Q是阵元数目，如果阵列是对称结构，那么阵元位置的组合数将显著减少。
稀疏也可以看作是振幅锥度的量化，其中每一个阵元的振幅用一个比特来表示。
稀疏一个大的阵列从而产生低旁瓣涉及到检查相当多的阵元位置组合，目的是找到最好的稀疏方式。
只有当阵列较小时无遗漏的检查所有的组合才是可行的[5]。
大部分的优化方法（例如单纯形法、Powell方法、共轭梯度法等）不适合于稀疏阵列优化，他们只能优化一些连续变量而且会陷入局部最小值[6]，此外，这些方法是专们用来处理连续参数问题的，而稀疏阵列所处理的是离散参数问题。
共形天线及共形天线阵综述
把一根波导放在自由空间，在波导输入端输入信号，波 导终端接匹配负载。如果在波导宽边或窄边上切割一个窄的 隙缝，此隙缝将对波导内壁电流产生扰动，并从波导内耦合 部分电磁能量向自由空间辐射。随着隙缝切割在波导壁上的 位置不同，形成不同的隙缝形式。波导可以切割在波导的宽 边，也可以切割在波导的窄边。经常使用的隙缝天线形式如 图２所示。
大电流密度处开缝，依靠流经缝隙的位移电流向外空间辐射。 由Ｓｔｅｒｅｓｏｎ法，不同缝隙等效于不同的集总元件，如横缝等 效于串联阻抗，纵缝等效于并联导纳；这样便可用传输线理 论来分析它的等效电路。在实用中，尤其是在航天航空电子 系统中，波导缝隙天线更一般地是以阵列的形式出现，又分 为谐振式（驻波形）缝隙阵和非谐振式（行波型）缝隙阵。 具体到雷达系统中，相控阵波导缝隙阵更是屡见不鲜。自然 地，对于它的分析必须要用到相控阵天线理论。
（一）共形天线发展简史 早在１９６０年底海军航空司令部就预见到需要发展阵列天 线，该天线能嵌装在飞机或导弹的蒙皮上，于是就开始了共 形阵天线问题的研究。共形阵天线不仅能排除通常的整流罩 及其结构问题，而且机械控制／转台也由快速无惯性的电扫描 代替。在这个时候，平面相控阵互阻抗的影响，例如‘盲点’ 问题开了深入研究。认为共形阵天线的研究发展能够从平面 阵获得好处，但是共形阵天线独特存在的曲面问题必须解决， 正如所希望的，平面阵中的令人满意的互耦知识在具备所需 要的计算工具后早在１９７０年就研读过，该知识包含了宽角扫 描和宽带的补偿技术。以后的平面阵工作集中在元器件上和 馈电技术上。 同时，一些研讨会促进了关于共形阵这方面工作的技术 交流。首先是１９７０年１月在ＮＥＬＣ（现在的ＮＯＳＣ），Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ 召开的共形阵天线会议，一个密切相关的相控阵天线会议 （１９７２）由ＡＢＭＤＡ １９７０年在ＰＩＢ，Ｆａｒｍｉｎｇｄａｌｅ，纽约召开； 它包括共形阵方面的一个会议。其他的会议，如阵天线会议， １９７２年２月在ＮＥＬＣ再次召开，在这个会议上有较多的共形阵
大电流密度处开缝，依靠流经缝隙的位移电流向外空间辐射。 由Ｓｔｅｒｅｓｏｎ法，不同缝隙等效于不同的集总元件，如横缝等 效于串联阻抗，纵缝等效于并联导纳；这样便可用传输线理 论来分析它的等效电路。在实用中，尤其是在航天航空电子 系统中，波导缝隙天线更一般地是以阵列的形式出现，又分 为谐振式（驻波形）缝隙阵和非谐振式（行波型）缝隙阵。 具体到雷达系统中，相控阵波导缝隙阵更是屡见不鲜。自然 地，对于它的分析必须要用到相控阵天线理论。
（一）共形天线发展简史 早在１９６０年底海军航空司令部就预见到需要发展阵列天 线，该天线能嵌装在飞机或导弹的蒙皮上，于是就开始了共 形阵天线问题的研究。共形阵天线不仅能排除通常的整流罩 及其结构问题，而且机械控制／转台也由快速无惯性的电扫描 代替。在这个时候，平面相控阵互阻抗的影响，例如‘盲点’ 问题开了深入研究。认为共形阵天线的研究发展能够从平面 阵获得好处，但是共形阵天线独特存在的曲面问题必须解决， 正如所希望的，平面阵中的令人满意的互耦知识在具备所需 要的计算工具后早在１９７０年就研读过，该知识包含了宽角扫 描和宽带的补偿技术。以后的平面阵工作集中在元器件上和 馈电技术上。 同时，一些研讨会促进了关于共形阵这方面工作的技术 交流。首先是１９７０年１月在ＮＥＬＣ（现在的ＮＯＳＣ），Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ 召开的共形阵天线会议，一个密切相关的相控阵天线会议 （１９７２）由ＡＢＭＤＡ １９７０年在ＰＩＢ，Ｆａｒｍｉｎｇｄａｌｅ，纽约召开； 它包括共形阵方面的一个会议。其他的会议，如阵天线会议， １９７２年２月在ＮＥＬＣ再次召开，在这个会议上有较多的共形阵
稀疏直线阵列优化设计算法综述
稀疏直线阵列优化设计算法综述
稀疏直线阵列优化设计是一种基于最优化原理的计算机辅助设计技术，该技术可以解决天线领域中的传统阵列优化设计问题。
它可以有效地设计出性能最优、结构最节省的较大尺度阵列。
稀疏直线阵列优化设计的研究集中于基于最小体积、最小冗余和最优性能的阵列目标参数，具体涉及生成稀疏直线阵列参数、阵列性能优化、高维最优化和性能优化等技术。
这些技术可以充分发挥性能最优、结构最节省的稀疏直线阵列的优势。
稀疏直线阵列优化设计的研究可以归纳为以下几个方面：
（1）基于最小体积技术实现阵列性能优化。
其特点是复杂度较低，且容易实现。
但本质上仍然是一种简单的搜索算法，它只是基于最小体积目标而实现的优化，而没有考虑性能的最优化。
（2）基于最小冗余技术实现阵列性能优化。
其核心思想是构建稀疏直线阵列，实现“多机断档利用”。
它可以实现最优的体积（分布）、增益和指向特性。
本技术的缺点是复杂度较高，计算量巨大，容易出现局部最优而错失全局最优。
（3）基于高维优化技术实现阵列性能优化。
它集成了最小体积、最小冗余和最优性能的优化，充分发挥稀疏直线阵列在节省体积和提高性能方面的优势。
但高维优化算法也存在缺陷，例如巨大的计算量和强计算要求等。
此外，稀疏直线阵列优化设计研究还包括阵列结构的优化设计、稀疏直线阵列的分布优化等技术研究。
综上所述，稀疏直线阵列优化设计技术可有效减少电磁辐射泄漏，提高应用的可靠性和抗干扰能力，有效满足高效体积、高性能的巨大需求。
阵列天线方向图综合算法及其优化研究
I
阵列天线方向图综合算法及其优化研究
ABSTRACT
With the continuous development of the modern military technology, conformal array antenna, which has the same shape with the carrier, is drawing more and more attention. Pattern synthesis of array antenna is one of the most essential conformal antenna techniques. It is true that classical methods have been sound and practical. However, most of them employ the linear array, the planar array and the circular array, rather than the conformal array. Therefore, my subject is on the pattern synthesis technology and applying intelligent algorithms in pattern optimization of array antenna. Lagrange multipliers method, ant colony algorithm, particle swarm optimization are studied to solve the problems concerning the pattern synthesis of the linear array antenna, the planar array antenna and the conformal array antenna. First of all, based on the definition of space coordinate system and its symbols, the pattern synthesis algorithm is deduced with Lagrange multipliers method to maximize the directivity of antenna array. This method is used in the pattern synthesis of the linear array with 8, 16 elements and the planar array with 8×8, 12×12 elements. The simulation results show that the main lobe of the antenna array accurately points to the expectant direction. And on the same side lobe level, the beamwidth between first nulls in my proposal is close to that in Chebyshev synthesis, but the designed side lobe level is a bit higher. Secondly, based on the outline constructional and the technical parameters of mini-satellite, we designed a conformal antenna arrays, and used Lagrange multipliers method to carry out its pattern synthesis. The simulation results demonstrate that this method can accurately control the direction of the main lobe of the antenna arrays on mini-satellite. Finally, the Niche Ant Colony Algorithm (NACA), the Chaos Ant Swarm (CAS) and the Linear Decreasing Weight Particle Swarm Optimization (LDW-PSO) are used to optimize the side-lobe level, for the issue of high level of side lobe in Lagrange multipliers method. This thesis discusses the NACA and CAS algorithm, and applies them to optimize the pattern of linear antenna array with 8 and 16 elements. Comparing the result with that of Chebyshev synthesis, we can see that: when the side lobe level is suppressed, the width of the main lobe is close to that in Chebyshev synthesis. LDW-PSO is also used to optimize the pattern of linear antenna array with 8 elements, as well as the previous conformal array. The simulation results illustrate that the side lobe level can be suppressed. Key Words: array antenna, pattern synthesis, Lagrange multipliers, ant colony algorithm, PSO
稀疏共形阵列天线综合方法
ｍｏｄｉｆｉｅｄ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ
ａｎｄ ｂｏｔｈ’Ｓ ｕｎｉｏｎ，ｃａｒｒｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｄ
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｒｒａｙｓ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｔｏ ｓｐａｒｓｅ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ａｒｒａｙｓ ｅｌｅｍｅｎｔｓ；Ｆｉｎａｌｌｙ，ｈａｓ ｉｎｆｅｒｒｅｄ
ａｒｒａｙｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＧＡ），ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＤＥ），
ａｒｒａｙｓ，ｃｉｒｃｕｌａｒ ａｒｒａｙｓ，ｃｙ声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢拘地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。
ｐａｔｔｅｒｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｓｉｄｅｌｏｂｅ ｌｅｖｅｌ；Ｔｈｅｎ，ｈａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｈｅ ｓｐａｒｓｅ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅ ｅｖｅｎ ｃｉｒｃｕｌａｒ ａｒｒａｙｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｍｏｄｅｌ，ＵＳｅＳ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｇｅｎｅｔｉｃ
上世纪四十年代至今，均匀间隔天线阵列（即周期阵列）的理论已获得了广泛
而深入的研究【ｌ】，例如给定阵元数和阵列响应（如笔形波束，扇形波束等），可以利
用传统的道尔夫．切比雪夫综合法、泰勒综合法、傅立叶逆变换法和数值优化等方
电子科技大学硕士学位论文
法实现阵列综合。 一般的阵列天线具有相同的阵元间距，一般不超过３，１２（名为波长），当要求天
超宽带扫描稀疏阵列天线的综合方法及装置[发明专利]
专利名称：超宽带扫描稀疏阵列天线的综合方法及装置专利类型：发明专利
发明人：邓静静,刘颜回,杨雨琦,白晶晶,熊柳静
申请号：CN202011399520.6
申请日：20201201
公开号：CN112615158B
公开日：
20220128
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请提供了一种超宽带扫描稀疏阵列天线的综合方法及装置。
该方法包括以下步骤：建立所述阵列天线的迭代凸优化综合模型，对阵列天线的观测角度θ进行采样，以确定所述阵列天线的副瓣区域的分布，所述副瓣区域包括多个波瓣；迭代过程中自适应获取满足保证天线最大副瓣电平稳步下降的目标副瓣约束域，从而实现超宽带扫描稀疏阵列天线的快速综合，可以提高效率以及降低复杂度。
申请人：厦门大学
地址：361005 福建省厦门市思明南路422号
国籍：CN
代理机构：北京中济纬天专利代理有限公司
代理人：郑翰伟
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阵列天线分析与综合
阵列天线分析与综合前言任何无线电设备都需要用到天线。
天线的基本功能是能量转换和电磁波的定向辐射或接收。
天线的性能直接影响到无线电设备的使用。
现代无线电设备，不管是通讯、雷达、导航、微波着陆、干扰和抗干扰等系统的应用中，越来越多地采用阵列天线。
阵列天线是根据电磁波在空间相互干涉的原理，把具有相同结构、相同尺寸的某种基本天线按一定规律排列在一起组成的。
如果按直线排列，就构成直线阵；如果排列在一个平面内，就为平面阵。
平面阵又分矩形平面阵、圆形平面阵等；还可以排列在飞行体表面以形成共形阵。
在无线电系统中为了提高工作性能，如提高增益，增强方向性，往往需要天线将能量集中于一个非常狭窄的空间辐射出去。
例如精密跟踪雷达天线，要求其主瓣宽度只有1/3度；接收天体辐射的射电天文望远镜的天线，其主瓣宽度只有1/30度。
天线辐射能量的集中程度如此之高，采用单个的振子天线、喇叭天线等，甚至反射面天线或卡塞格伦天线是不能胜任的，必须采用阵列天线。
对一些雷达设备、飞机着陆系统等，其天线要求辐射能量集中程度不是很高，其主瓣宽度也只有几度，虽然采用一副天线就能完成任务，但是为了提高天线增益和辐射效率，降低副瓣电平，形成赋形波束和多波束等，往往也需要采用阵列天线。
在雷达应用中，其天线即需要有尖锐的辐射波束又希望有较宽的覆盖范围，则需要波束扫描，若采用机械扫描则反应时间较慢，必须采用电扫描，如相控扫描，因此就需要采用相控阵天线。
在多功能雷达系统中，既需要在俯仰面进行波束扫描，又需要改变相位展宽波束，还需要仅改变相位进行波束赋形，实现这些功能的天线系统只有相控阵天线才能完成。
随着各项技术的发展，天线馈电网络与单元天线进行一体化设计成为可能，高集成度的T/R组件的成本越来越低，使得在阵列天线中的越来越广泛的采用，阵列天线实现低副瓣和极低副瓣越来越容易，功能越来越强。
等等。
综上所述，采用阵列天线的原因大致有如下几点：■容易实现极窄波束，以提高天线的方向性和增益；■易于实现赋形波束和多波束；■易于实现波束的相控扫描；■易于实现低副瓣电平的方向图。
共形天线阵列方向图分析与综合
ｅ ｅ ｎ ａ ｔ ｒ ｓ Ａ ｏ ａ ｉｏ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｏ ｕ ｌ ｖ ａｃ ｌ ｔ ｎ ｂ ｓ ｆ ｌ ｍｅ ｔｐ ｔｅ ｎ ． ｃ ｍｐ ｒｓ ｎ ｂ ｔ ｅ ｈ ｅ ｕ ｔ ｆ ｆ ｌ ｗａ ｅ ｃ ｌｕ ａ ｉ ｙ Ａｎ ｏ ｔ — ｏ ＨＦ Ｓ ｆ ｒ ｔ ｅ Ｓ ｏ ｈ ｗｈ ｌ ｒ ａ ｎ ｈ ｔｂ ｈ ｓ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ｉ ｅ ｏ ｓ ｏ ｔ ｅ ｅ ｆ ｃ ｉｅ ｅ ｓｏ ｈ ｓｍｅ ｈ ｄ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｎ ｉ ， ｏｅａ ｒｙａ ｄ ｔａ ｙｔ ｉ ｔ ｏ ｓｇ ｖ ｎ ｔ ｈ ｗ ｈ ｆｅ ｔ ｎ ｓ ｆｔ ｉ ｔ ｏ ．Ｉ ｈ ａ ｔ ｖ ｍｅ
Ｏ 方 位 面 内的 阵 列 主极 化 扫描 方 向 图及 交 叉 极 化 方 向 图进 行 了优 化 综 合． 。 关 键 词 ：共 形 天 线 阵； 合 方 向 图 ； 列 分析 ； 群 优 化 算 法 ； 化 综 合 耦 阵 雁 优 中 图 分 类 号 ： Ｎ８ ０ １ Ｔ ２ ． ２ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ １２ ０ （ ０ Ｏ ０ — ４ ６０ １ ０ — ４ ０ ２ １ ） ３０ ９ － ６
２１ ０ ０年 ６月 第 ３ 卷 第 ３期 ７
西 安 电 子 科 技 大学 学报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ０ＵＲ ＮＡＬ ０Ｆ Ｘ Ｉ Ｉ Ｄ ＡＮ ＵＮＩ ＶＥＲ Ｓ ＴＹ Ｉ
Ｊ ｎ ２ ｌ ｕ．００
Ｖｏ ． ７ ＮＯ ３ １３ ．
共 形 天 线 阵列 方 向 图分 析 与综 合
ｐ ｌ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｒ ｏ ｍａ ｃ ｆｔ ｅ ｃ ｏ ｓ ｐ ｌｒｚ ｔ ｎ ｉ ｈ ｌ ｎ ｆ 一 ０ ． ｏａ ｉ ｔ ｎ ｈ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈ ｒ ｓ — ｏ ａ ｉａ ｉ ｎ ｔ ｅ ｐ ａ ｅ ｏ ｚ ｏ ｏ 。
MIMO稀疏阵列SAR天线设计与三维成像技术研究
MIMO雷达阵列的设计首要目标是优化阵列结构以最大化雷达的性能。阵列设 计需考虑多种因素，包括天线之间的耦合、地形、天线增益和极化等。在设计过 程中，需要对雷达的工作环境进行详细的建模，并根据该模型选择合适的阵列配 置。
MIMO雷达阵列的设计
在MIMO雷达中，常用的阵列配置包括均匀线阵（ULA）和均匀面阵（URA）。 这些阵列配置的优点是易于分析和处理，但它们也可能导致波束形成和干扰抑制 的性能下降。为了解决这些问题，研究者们正在探索更复杂的非均匀阵列配置， 如稀疏阵列和自适应阵列。
MIMO稀疏阵列SAR天线设计
这两种方法各有优缺点，基于优化算法的设计方法运算速度较快，但可能陷 入局部最优解；而基于人工智能的设计方法则可以更好地挖掘数据中的隐含信息， 但需要大量的训练数据和计算资源。
MIMO稀疏阵列SAR天线设计
在实际应用中，MIMO稀疏阵列SAR天线已经广泛地应用于各种场景中，例如航 空成像、地形测绘、海洋探测等。未来发展方向包括进一步优化天线设计，提高 图像的分辨率和成像质量；同时，随着人工智能技术的发展，基于人工智能的稀 疏阵列SAR天线设计也将成为未来的一个重要研究方向。
谢谢观看
MIMO稀疏阵列SAR天线设计
在SAR系统中，稀疏阵列天线设计可以有效地降低系统复杂度，同时提高图像 的分辨率和成像质量。
MIMO稀疏阵列SAR天线设计
与传统的均匀阵列相比，MIMO稀疏阵列SAR天线具有更多的优势。首先，稀疏 阵列可以有效地减少天线的数量，降低系统的复杂度和成本。其次，稀疏阵列可 以根据特定的场景需求灵活地设计天线的位置和大小，提高图像的分辨率和成像 质量。最后，稀疏阵列可以更好地利用空间资源，提高系统的性能和容量。
二、面向5G的大规模MIMO天线阵列研究
MIMO雷达阵列的设计
在MIMO雷达中，常用的阵列配置包括均匀线阵（ULA）和均匀面阵（URA）。 这些阵列配置的优点是易于分析和处理，但它们也可能导致波束形成和干扰抑制 的性能下降。为了解决这些问题，研究者们正在探索更复杂的非均匀阵列配置， 如稀疏阵列和自适应阵列。
MIMO稀疏阵列SAR天线设计
这两种方法各有优缺点，基于优化算法的设计方法运算速度较快，但可能陷 入局部最优解；而基于人工智能的设计方法则可以更好地挖掘数据中的隐含信息， 但需要大量的训练数据和计算资源。
MIMO稀疏阵列SAR天线设计
在实际应用中，MIMO稀疏阵列SAR天线已经广泛地应用于各种场景中，例如航 空成像、地形测绘、海洋探测等。未来发展方向包括进一步优化天线设计，提高 图像的分辨率和成像质量；同时，随着人工智能技术的发展，基于人工智能的稀 疏阵列SAR天线设计也将成为未来的一个重要研究方向。
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MIMO稀疏阵列SAR天线设计
在SAR系统中，稀疏阵列天线设计可以有效地降低系统复杂度，同时提高图像 的分辨率和成像质量。
MIMO稀疏阵列SAR天线设计
与传统的均匀阵列相比，MIMO稀疏阵列SAR天线具有更多的优势。首先，稀疏 阵列可以有效地减少天线的数量，降低系统的复杂度和成本。其次，稀疏阵列可 以根据特定的场景需求灵活地设计天线的位置和大小，提高图像的分辨率和成像 质量。最后，稀疏阵列可以更好地利用空间资源，提高系统的性能和容量。
二、面向5G的大规模MIMO天线阵列研究
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ｔｈｅ ｅｖｅｎ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ａｒｒａｙｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｄｉａｇｒａｍ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ
ｍｏｄｅｌ，ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｃａｒｒｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｄ
形波束。雷达系统接收到的空间信号通常会受到噪声或者干扰源的污染，如果干
扰信号和期望信号处在相同的频带，仅用时域滤波器是无法将信号和干扰区分开
的。不过期望信号和干扰信号通常是来自空间不同方向的，所以波束形成就是将
天线阵列的接收信号经过一定的加权，使阵列方向图在期望信号方向的增益恒定，
并且在干扰方向形成零点，使系统总的输出功率最小，从而完成空域滤波的目的。
上世纪四十年代至今，均匀间隔天线阵列（即周期阵列）的理论已获得了广泛
而深入的研究【ｌ】，例如给定阵元数和阵列响应（如笔形波束，扇形波束等），可以利
用传统的道尔夫．切比雪夫综合法、泰勒综合法、傅立叶逆变换法和数值优化等方
电子科技大学硕士学位论文
法实现阵列综合。 一般的阵列天线具有相同的阵元间距，一般不超过３，１２（名为波长），当要求天
自适应波束形成算法可以根据信号环境的变化，来自适应调整各阵元的加权因子，
达到增强信号同时抑制干扰的目的，从而使阵列的输出信号干扰噪声比（ＳｒＮＲ）最 大。波束形成的方法基本上有两类：一类为统计最优方法；另一类为非数据依赖 方法。其中，非数据依赖波束形成的设计与接收信号无关；统计最优方法的设计 依赖于接收信号的随机统计特性。
ａｒｒａｙｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＧＡ），ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＤＥ），
ａｒｒａｙｓ，ｃｉｒｃｕｌａｒ ａｒｒａｙｓ，ｃｙｌｉｎｄｅｒ ａｒｒａｙｓ
ｓｐａｒｓｅ
１１１
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢拘地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。
ｐａｔｔｅｒｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｓｉｄｅｌｏｂｅ ｌｅｖｅｌ；Ｔｈｅｎ，ｈａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｈｅ ｓｐａｒｓｅ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅ ｅｖｅｎ ｃｉｒｃｕｌａｒ ａｒｒａｙｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｍｏｄｅｌ，ＵＳｅＳ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｇｅｎｅｔｉｃ
关键词：遗传算法，差分进化算法，稀布阵列，圆形阵列，圆柱阵列
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｖａｒｉｏｕｓ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅｄ ａｉｒｃｒａｆｔ，ｓｕｃｈ ａｓ ｍｉｓｓｉｌｅｓ，ａｉｒｃｒａｆｔ，ｃｒｕｉｓｅ
ｍｉｓｓｉｌｅｓ，ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ，ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｇｒｅａｔｅｒ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｗｅａｐｏｎｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｈｏｐｉｎｇ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｒａｄａｒ ｕｎｉｔｓ）ｔｈｅｙ ｃａｒｒｉｅｄ ｂｅ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｉｇｈｔ ｖｅｈｉｃｌｅ ｓｕｒｆａｃｅ ＳＯ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｒｒｒａｙｓ ｃｏｉｎｃｉｄｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｉｒｃｒａｆｔ ｓｕｒｆａｃｅ，ｆｏｒｍｉｎｇ ａ ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ａｒｒａｙｓ ａｎｔｅｎｎａｓ．Ｉｎ
为了提高稀布阵列天线的实用性能，随机稀布阵列不仅需要有窄的波束宽度， 还需要有快速有效的波束形成算法，使得雷达稀布阵天线具有足够的增益和很低’ 的旁瓣，以提高其发现、识别目标的能力和抑制杂波的能力。稀布阵列天线的波 束所具有的主瓣宽度几乎与同口径的满阵的主瓣宽度相同，使得天线造价大致相 同的前提下，稀布阵列天线与阵元数相同的满阵天线相比具有更大的口径，因而 具有更窄的主瓣宽度，可对目标提供更好的分辨力。由于馈电网络的简化，使得 系统复杂性降低，信号处理任务减轻，有利于提高雷达系统的综合性能。目前， 、 随机稀布阵列已经应用于高频地面雷达天线、’ＳＩＡＲ（稀布阵综合脉冲与孔径雷达） 等军事领域１２－３１，开展随机稀布阵列波束形成优化算法的研究，具有重要意义和明 确的军事应用前景。
ａｒｒａｙ ｓｉｇｎａｌ’Ｓ ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｈａｓ ｉｎｆｅｒｒｅｄ ｔｈｅ ｒａｎｄｏｍ
ａｒｒａｙｓ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｄｉａｇｒａｍ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｃａｒｒｉｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｖｅｎ ｃｉｒｃｕｌａｒ ａｒｒａｙｓ ｐ线的基础一圆形阵列和圆柱阵列天线，将共形阵 列天线和稀布阵列天线的相关技术相结合起来，进行稀布和稀疏布阵综合方法及 波束形成技术研究，主要包括以下几个方面：
首先，介绍了遗传算法和差分进化算法的基本概念、工作原理、算法流程及 其应用范围；再次，介绍了阵列信号的基本理论和相关技术，推导了任意阵列的 方向图函数，进行了均匀圆形阵列的方向图综合：采用有向阵元来优化旁瓣电平； 运用基本的遗传算法，进行唯相位、唯幅值、相位一幅值综合方法，进行旁瓣电 平的优化；然后，建立了稀布均匀圆形阵列的优化模型，运用改进的遗传算法、 改进的差分进化算法和两者的结合对全向阵元和有向阵元的圆形阵列天线单元进 行稀布；最后，推导了均匀圆柱阵列的方向图函数，建立了优化模型，运用标准 的遗传算法进行全向阵元和有向阵元的均匀圆柱阵列的稀疏。本文的研究成果可 以为稀布共形阵列的进一步研究提供参考。
ｓｐａｒｓｅ ａｒｒａｙｓ ａｎｔｅｎｎａｓ’ｓ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｃａｒｒｙｓ ｏｎ ｔｈｅ ｓｐａｒｓｅ ａｎｄ ｔｈｉｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ
ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｂｅａｍ ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ
形成技术主要应用在相控阵雷达、双（多）基雷达、高频超视距雷达、三坐标雷达
和一些电子对抗系统等。
…。．
一天线阵列既可以用来形成发射波束也可以形成接收波束，波束形成可以分为
数据独立波束形成、最佳波束形成和自适应波束形成。数据独立波束形成器是根
据系统要求设计的，不需要阵列输入信号的知识。数据独立波束包括多波束和赋
ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ ａｎｄ ａｎｃｈｏｒｉｎｇ ａｓ ｆａｒ ａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｂｉｇ ａｒｒａｙｓ
ａｐｅｒｔｕｒｅ ａｎｔｅｎｎａｓ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｉｇｈｔ ｖｅｈｉｃｌｅ，ｕｓｉｎｇ ｓｐａｒｓｅ ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ａｒｒａｙｓ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ａｎ
纳、通信、地震勘探、射电天文以及医疗诊断等多种领域。波束形成的主要目的
是使阵列天线方向图的主瓣指向所需的方向，而使其零陷对准干扰方向，尽可能 地提高阵列输出所需信号的强度，同时减小干扰信号的强度，从而提高阵列输出
的信干噪比。其实质是一个多通道的阵列信号处理系统，它既不同于通常信号的 时域处理，也不同于频域处理，是一个空域滤波的概念。近二十年来，数字波束
ｔｈｅ ｄｉｒｅＣｔｉｏｎａｌ ａｒｒａｙｓ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ａｒｅ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｓｉｄｅｌｏｂｅ ｌｅｖｅｌ；ｕｔｉｌｉｚｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ
ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｃａｒｒｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ·ｏｎｌｙ，ｔｈｅ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ－ｏｎｌｙ，ｔｈｅ ｐｈａｓｅ·ａｍｐｌｉｔｕｄｅ
ＲＣＳ．
Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｉｎｌｙ ａｉｍｓ ａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ａｒｒａｙｓ ａｎｔｅｎｎａｓ’Ｓ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ…－ｃｉｒｃｕｌａｒ
ａｒｒａｙｓ ａｎｄ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ａｒｒａｙｓ ａｎｔｅｎｎａｓ，ｕｎｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｆｏｒｍａｌ ａｒｒａｙｓ ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ ｔｈｅ
签名： ＝！己 圣 至璺
日期：加唱年＼乙月２－３日
关于论文使用授权的说明
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。
线阵列具有很高的角度分辨率时，由于阵列的方向图主瓣宽度近似与其物理尺寸 成正比，就必须加大阵列孔径，同时为了避免出现栅瓣，传统的采用等间隔布阵 的天线阵列就需要增加相当多的天线单元，这会使得天线系统的造价很高。而采 用非均匀间隔布阵的稀布阵列天线能避免上述缺点，由于阵元的稀疏布置，使得 天线阵列的孔径增大，扫描波束变窄，方向性增强，空间分辨率提高。但是稀布 阵列会存在增益比相同孔径的满阵低等缺点。
ｌｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｒｒａｙｓ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｔｏ ｔｈｉｎ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ａｒｒａｙｓ ｅｌｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ＋ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｍａｙ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｓｐａｒｓｅ ｃｏｎｆｏｒｍａｌ
ｍｏｄｉｆｉｅｄ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ
ａｎｄ ｂｏｔｈ’Ｓ ｕｎｉｏｎ，ｃａｒｒｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｏｍｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｄ
ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｒｒａｙｓ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｔｏ ｓｐａｒｓｅ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｌａｒ ａｒｒａｙｓ ｅｌｅｍｅｎｔｓ；Ｆｉｎａｌｌｙ，ｈａｓ ｉｎｆｅｒｒｅｄ