基于稀疏重建的大型陣列天線綜合.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、大型陣列天線由于具有增益高、波瓣寬度窄、波束控制能力強等優(yōu)點,在現(xiàn)代雷達(dá)及無線通信系統(tǒng)中得到了越來越廣泛的研究與應(yīng)用。同時,工程中為了降低成本和系統(tǒng)復(fù)雜度,一般希望將大型陣列設(shè)計成稀疏陣或子陣形式。然而,現(xiàn)有的設(shè)計方法在大型陣列應(yīng)用中還面臨著一些挑戰(zhàn)。本文從實際應(yīng)用需求出發(fā),圍繞大型陣列設(shè)計中的幾個關(guān)鍵技術(shù)展開了研究,包括:稀疏陣列綜合、基于方向圖可重構(gòu)天線的大間距陣和稀疏陣設(shè)計以及子陣合成,著重研究了稀疏重建在大型陣列天線綜合中的應(yīng)用

2、。
  本研究主要內(nèi)容包括:⑴從稀疏信號重建的角度審視了稀疏陣列綜合問題,建立了基于壓縮感知(CS)理論的稀疏陣列綜合模型,將最大化稀疏陣列綜合問題轉(zhuǎn)化為線性約束下的稀疏重建問題。在此基礎(chǔ)上,提出了一種基于欠定系統(tǒng)局域解法(FOCUSS)的綜合方法,該方法可以智能地確定實現(xiàn)期望方向圖所需的最小陣元個數(shù)、陣元的位置和激勵,并且對稀疏線陣、面陣以及共形陣綜合都適用。⑵提出了一種基于多測量向量欠定系統(tǒng)局域解法(M-FOCUSS)的多方向

3、圖稀疏陣列綜合方法。該方法基于多測量向量協(xié)同稀疏重建(MMVCSR)理論,采用協(xié)同綜合策略解決了傳統(tǒng)方法在處理多方向圖問題時出現(xiàn)的不同方向圖的陣元位置分布不統(tǒng)一的問題。接著,將M-FOCUSS方法與有源方向圖(AEP)技術(shù)合理結(jié)合,從而將實際陣列的互耦影響考慮到了稀疏陣列優(yōu)化設(shè)計中。數(shù)值仿真和實物測試證明了該方法的有效性。⑶提出了一種基于擾動壓縮采樣(PCS)的稀疏陣列綜合方法,該方法通過向傳統(tǒng)的壓縮感知理論模型中引入陣元位置擾動變量,

4、建立了一種連續(xù)的陣元位置優(yōu)化模型,擴(kuò)展了問題的優(yōu)化空間,同時減少了網(wǎng)格劃分,大大提高了算法的優(yōu)化效果和計算效率。接著,針對針對陣元位置擾動引起的近似誤差問題,提出了一種擴(kuò)展的擾動壓縮采樣(EPCS)方法,采用二級網(wǎng)格策略有效降低了標(biāo)準(zhǔn)PCS的建模誤差和計算復(fù)雜度。然后,為解決PCS和EPCS算法在處理復(fù)值問題時陣元位置出現(xiàn)虛部的問題,提出了一種基于稀疏重建和局部優(yōu)化的交替迭代算法,并用于復(fù)激勵的多方向圖稀疏面陣綜合。最后,研究了PCS方

5、法在可掃描大型稀疏陣列低副瓣綜合中的應(yīng)用,并對稀疏陣的陣元縮減比與掃描范圍和陣列口徑的關(guān)系進(jìn)行了分析。⑷提出了一種可實現(xiàn)二維圓極化波束切換的方向圖可重構(gòu)天線。然后,將方向圖可重構(gòu)天線分別用于矩形柵格大間距陣、三角柵格大間距陣以及大型隨機(jī)稀疏陣設(shè)計中,實驗結(jié)果表明,與傳統(tǒng)陣列相比,基于此天線設(shè)計的陣列在陣元縮減比、波束掃描范圍、掃描增益和副瓣電平性能上具有明顯優(yōu)勢。⑸針對均勻子陣的柵瓣抑制問題,提出了一種基于波束指向不相同子陣模塊和開關(guān)控

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