收藏本站
《华中科技大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

综合孔径微波辐射计天线阵排列优化研究

董健  
【摘要】: 微波辐射计在地球遥感、深空探测、制导、安检、医疗等领域有着广泛应用。上世纪80年代末发展起来的综合孔径微波辐射计(ASR)引入射电天文学“孔径综合”的思想,通过阵列稀疏、相关接收等技术,有效解决了传统微波辐射计口径有限、机械扫描困难等问题,极大提高了观测的空间分辨率,因而成为近年来被动微波遥感的一个发展方向。 阵列排列优化是ASR的一项关键技术。它通过基线设计和组合,决定可见度函数采样分布,而可见度函数采样分布又决定图像重建的质量。本文着重研究综合孔径微波辐射计的天线阵稀疏排列优化方法:包括基于分辨率最佳的最小冗余天线阵排列优化方法;基于系统灵敏度最佳的天线阵排列优化方法。在此基础上,设计并实现了一种新型的综合孔径毫米波辐射计天线阵物理结构;最后,对最小冗余阵在其它领域的应用进行了拓展研究。本文主要内容包括: 在总结大阵元数低冗余线阵(LRLA)排列的一般结构的基础上,提出了一种排列结构与蚁群优化(ACO)相结合的约束搜索算法,其思想是利用LRLA排列的一般结构缩小解空间,在大大缩减求解规模从而减少计算时间的同时,使所得排列具有较低的冗余度。进一步地,归纳出多种适合任意阵元数LRLA排列的解析解。 针对U、T型阵冗余度较大的问题,提出了一种矩形平面阵排列方法。从理论上证明了该方法构造的二维稀疏阵UV覆盖的完备性,导出了由该方法构造的二维稀疏阵的冗余度理论上限,并证明其优于U、T型阵。针对均匀圆环阵(UCA)基线长度存在大量冗余的问题,以最小化UCA基线长度冗余为优化目标,提出了两种稀疏优化方法:一种是基于受限差基的半圆环阵稀疏方法;一种是基于循环差集的全圆环阵稀疏方法。这两种方法均可大大减小阵元数,节约硬件成本;且均可解析地求出稀疏阵元位置,适于任意大阵元数的圆环阵稀疏优化。运用微粒群(PSO)算法优化圆环阵阵元位置,以改善圆环阵UV覆盖。设计了一种新的衡量圆环阵UV覆盖均匀程度的目标函数,与现有文献采用的目标函数相比,其计算复杂度大大降低,且能更准确地度量圆环阵UV覆盖的均匀程度。 分析了冗余基线对ASR灵敏度的影响,并定义阵列退化因子(DF)来度量这种影响;以最小化DF为优化目标,提出两种寻求最小退化阵(MDA)以实现系统最佳灵敏度的方法:一是基于贪婪思想的构建性算法,二是基于模拟退火(SA)的随机优化方法,并比较两种算法的性能。为克服阵列填充率较大时DF优化缓慢的问题,提出增广最大基线的思想。进一步地,导出了DF的下界。仿真和实验验证了MDA设计对系统灵敏度的改善。 提出了一种一维实孔径/一维综合孔径的综合孔径毫米波辐射计天线阵结构:共享偏置抛物柱面的16单元毫米波稀疏天线阵。每个ASR天线单元由一个馈源喇叭和柱形反射面组成,提供系统所需的扇形波束。这些天线单元排成最小冗余线阵,共享同一个反射面。理论计算和测量结果均表明,该天线阵具有窄主瓣、低旁瓣、低驻波比的特点,适合高分辨率被动微波成像应用。 将最小冗余阵(MRA)的研究拓展到其它应用领域。以实现最小冗余MIMO虚拟阵为优化目标,提出了两种快速构造MIMO雷达天线阵的方法:一种是基于差基和循环差集的组合方法;一种是差基/循环差集约束的SA随机搜索方法。数值计算验证了这两种方法的有效性。还研究了MRA在波束形成中的应用:由阵列自相关函数(Coarray)与波束形成方向图之间的傅氏变换对出发,建立了方向图旁瓣分布与Coarray特性之间的定量关系。进一步地,导出了MRA峰值旁瓣电平(PSL)的理论上界。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP73

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 史峰,谢楚农,于桂芳;铁路车站咽喉区进路排列优化方法[J];铁道学报;2004年04期
2 吴晓红;分圆域中单位的一个性质及其应用[J];北京理工大学学报;1987年04期
3 钱忠信;群体工程计划排列优化决策方法的探讨[J];建筑施工;1987年04期
4 曹鸣郑;求最优解的较小权法[J];成组技术与生产现代化;1986年06期
5 杜刚,苏伟;区组型短波网络拓扑结构及其性能分析[J];装备指挥技术学院学报;2003年03期
6 甘纯刚;赵燕;卢杰;张春雨;;瓦楞纸箱结构优化的CAD系统[J];包装工程;2006年05期
7 崔国民;周霄;赵永芹;;基于最小熵产的多股流换热器通道排列分析及设计[J];化工进展;2010年S1期
8 ;[J];;年期
9 ;[J];;年期
10 ;[J];;年期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 郭佳;崔国民;吕岩岩;高孝忠;;变工况下多股流换热器通道排列设计工况点研究[A];中国化工学会2008年石油化工学术年会暨北京化工研究院建院50周年学术报告会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 董健;综合孔径微波辐射计天线阵排列优化研究[D];华中科技大学;2010年
2 刘文明;LDPC码编译码研究及应用[D];华中科技大学;2006年
3 何善宝;低密度奇偶校验码及其应用研究[D];东南大学;2005年
4 范翠玲;最优的集合差系统的构造[D];河北师范大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前9条
1 沈洁;基于循环差集的量子LDPC码的构造[D];扬州大学;2010年
2 宋德银;基于完备循环差集LDPC码的构造[D];扬州大学;2007年
3 武鹏;分布式互斥算法研究[D];内蒙古农业大学;2010年
4 张丽丽;LDPC码构造及其应用研究[D];杭州电子科技大学;2011年
5 申二威;分布式互斥请求集生成算法的研究[D];内蒙古农业大学;2010年
6 李冰;基于整数序列的QC-LDPC码的构造方法[D];北京交通大学;2012年
7 胡云云;遗传算法优化多股流板翅式换热器通道排列[D];大连理工大学;2012年
8 郭佳;多股流换热器通道排列优化设计研究[D];上海理工大学;2009年
9 林少华;基于差族的量子LDPC码的构造方法研究[D];南京邮电大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026