水利工程用探地雷達(dá)陣列天線優(yōu)化方法研究.pdf

1、作為重要的水利工程，水庫(kù)大壩在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生產(chǎn)安全中有舉足輕重的地位。由于歷史問(wèn)題，一些水庫(kù)大壩施工質(zhì)量不高，加上長(zhǎng)時(shí)間的使用，大多存在滲水、漏水的問(wèn)題，不僅造成了水資源的浪費(fèi)，而且對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)以及國(guó)家的生產(chǎn)安全帶來(lái)了極大的威脅。為了避免這些事情的發(fā)生，就要做好日常的檢測(cè)，其中探地雷達(dá)是比較方便的一種無(wú)損檢測(cè)方法，相比于其他方法，探地雷達(dá)具有操作便捷、對(duì)檢測(cè)區(qū)域無(wú)傷害、檢測(cè)效果明顯等優(yōu)點(diǎn)。為了得到好的檢測(cè)結(jié)果，就要求探地雷達(dá)有合

2、理的天線設(shè)計(jì)，本文主要針對(duì)探地雷達(dá)陣列天線的優(yōu)化方法展開(kāi)了研究。
　　首先，介紹了探地雷達(dá)電磁波的傳播特點(diǎn)，從麥克斯韋方程入手，結(jié)合本構(gòu)關(guān)系，以及傳播介質(zhì)的電性和磁性，分析了電磁波在傳播過(guò)程中的損耗以及反射折射的規(guī)律。
　　其次，對(duì)探地雷達(dá)進(jìn)行了機(jī)理分析，介紹了天線中心頻率、時(shí)窗、采樣率、測(cè)量點(diǎn)距等參數(shù)的選擇對(duì)探地雷達(dá)分辨率和深度的影響。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)Yee網(wǎng)格離散化的原則，利用MATLAB建立二維壩基滲漏模型并進(jìn)行正演模

3、擬，模擬結(jié)果表明，對(duì)于深度為5～6米的目標(biāo)，100MHz的探測(cè)結(jié)果在成像效果和分辨率上比較優(yōu)秀。
　　然后，介紹了基本蟻獅優(yōu)化算法(ALO)并提出了改進(jìn)的混沌蟻獅優(yōu)化算法(CALO)。在蟻獅優(yōu)化算法的初始化方面，通過(guò)對(duì)比不同的概率密度分布函數(shù)，選定威布爾分布，提升了算法的收斂速度。由于混沌搜索有助于自適應(yīng)參數(shù)提升陷阱坑收縮的速度，在威布爾分布的基礎(chǔ)上，引入了混沌自適應(yīng)因子，提出了混沌蟻獅優(yōu)化算法，極大程度避免算法陷入局部最優(yōu)，從而

4、找到最優(yōu)解，提升收斂精度。
　　最后，將提出的CALO算法應(yīng)用到天線陣列的優(yōu)化中，對(duì)于不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的線性陣列天線(LAA)和圓形陣列天線(CAA)，選定不同的條件參數(shù)，例如第一零點(diǎn)波束寬度(FNBW)的選擇和零點(diǎn)的疊加等等。對(duì)具有不同元素?cái)?shù)量的LAA和CAA優(yōu)化其激勵(lì)振幅和元素間距，從優(yōu)化結(jié)果可以看出，采用CALO算法同其他元啟發(fā)式算法的優(yōu)化結(jié)果應(yīng)用于天線陣列的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比?？梢钥闯?，CALO算法有明顯的優(yōu)勢(shì)，天線陣列副瓣峰值(S