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电子对抗环境下平面相控阵子阵结构优化方法研究

王丹  
【摘要】:对于平面相控阵系统,通常具有上千个天线单元,从而需要把一些阵元组合到一起成为一个子阵,然后在子阵级进行信号处理。在工程实现中,由于同时面对复杂的电磁干扰环境,从而需要研究能得到子阵结构相对集中并且能够在多干扰环境下保持良好性能的平面相控阵的方法。 子阵结构优化设计是一个非常复杂的问题,传统的优化算法不能用来解决该问题,于是我们采用借鉴生物与自然机制的进化算法,由于进化算法既能扩大搜索范围又能提高搜索效率,它已经成为一种进行子阵结构优化设计的有效工具。对于使平面相控阵能够在多干扰环境下保持良好性能的方法,目前国内外对该方法的研究很少,我们对该方法的研究具有重要意义。 本文主要研究了四方面内容:进化算法的编解码方案以及子阵结构相对集中的约束条件;多目标进化算法的平面相控阵子阵结构优化设计;圆阵子阵结构优化设计;多干扰情况下的旁瓣抑制以及多干扰环境下的子阵结构优化方法研究。 利用生长点的编解码方案来得到初始阵列结构,同时,在子阵结构优化设计的过程中,我们利用合法函数和满布函数来使阵列结构满足要求。合法函数主要使天线阵元之间相邻且在给定的范围内,而满布函数采用最近邻规则和改进的最近邻规则来使阵元满布,并且使子阵结构相对集中。 对于多目标进化算法的平面相控阵子阵结构优化设计,采用系数加权法对存在主瓣干扰的和差波束方向图的U切面和V切面的旁瓣电平值进行优化,并且采用约束条件使平面相控阵子阵结构相对集中。于是,得到了四个切面旁瓣电平值得到优化且子阵结构相对集中的平面相控阵。 圆阵的子阵结构优化设计,我们利用生长点随机分布、生长点按圆环分布和生长点均匀分布,以及最近邻准则、改进的最近邻准则和形状规则准则实现了对圆阵的子阵结构优化设计。 多干扰下的旁瓣抑制方法,采用自适应波束形成,同时介绍了空时自适应处理。我们采用不同方向干扰下旁瓣电平的平均值作为目标函数进行优化,比较了干扰个数变化时的优化情况,得出了能在干扰方向变化和同时加多个干扰的情况下进行旁瓣抑制的方法,最后得到了在多干扰环境下进行旁瓣抑制的子阵结构相对集中的平面相控阵阵列结构。 对上面所提出的方法都进行了计算机仿真与结果分析,表明了所提出的方法是正确而有效的。


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