時(shí)間調(diào)制陣列理論與共形陣列技術(shù)研究.pdf

1、現(xiàn)代無線通信和電子技術(shù)的飛速發(fā)展導(dǎo)致了電磁問題日益復(fù)雜，這將使得對(duì)于高效優(yōu)化技術(shù)的需求變得異常強(qiáng)烈。電磁問題的目標(biāo)函數(shù)通常具有非線性、不可導(dǎo)以及多極值的特點(diǎn)，嚴(yán)重制約了傳統(tǒng)優(yōu)化算法的應(yīng)用。作為一種全局優(yōu)化算法，進(jìn)化算法由于使用簡(jiǎn)單方便，搜索能力強(qiáng)，對(duì)目標(biāo)函數(shù)限制少并且不受搜索空間的限制，因而被廣泛地應(yīng)用于各種電磁優(yōu)化問題。然而對(duì)于較為復(fù)雜的優(yōu)化問題，進(jìn)化算法的收斂速度較慢并且容易陷入局部最優(yōu)解。因此，開展高效的進(jìn)化算法研究便具有重要的理

2、論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　在方向圖綜合方面，傳統(tǒng)相控陣列通常需要較高的激勵(lì)幅度動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)于陣列的饋電系統(tǒng)提出了較高的要求。然而時(shí)間調(diào)制陣列通過在傳統(tǒng)相控陣列天線引入新的自由度——時(shí)間，能夠有效簡(jiǎn)化饋電網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)精確饋電。因此探索時(shí)間調(diào)制陣列新的設(shè)計(jì)思路以及新的應(yīng)用領(lǐng)域是一項(xiàng)極具潛力的研究課題。
　　共形陣列因能夠與載體表面緊密貼合而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)載體平臺(tái)空間進(jìn)行有效利用，同時(shí)能夠最大限度地保持原有載體平臺(tái)的空氣動(dòng)力學(xué)特性

3、，并且具有較寬的波束掃描角度以及降低整體系統(tǒng)的雷達(dá)散射截面積的優(yōu)勢(shì)。其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)能夠有效彌補(bǔ)平面陣列固有的缺陷，同時(shí)滿足現(xiàn)代雷達(dá)等電子系統(tǒng)的發(fā)展需求。因而共性陣列近些年來獲得了廣泛地重視，并將在飛行器、衛(wèi)星以及艦船中具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文主要對(duì)進(jìn)化算法，時(shí)間調(diào)制陣列以及共形陣列技術(shù)等方面展開研究，主要工作包括以下幾個(gè)方面:
　　1.針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)化算法在解決復(fù)雜優(yōu)化問題時(shí)收斂速度較慢，容易陷入局部最優(yōu)解的缺點(diǎn)，本文提

4、出了一種混合人工蜂群——差分進(jìn)化算法。該算法繼承了差分進(jìn)化算法較強(qiáng)全局尋優(yōu)能力的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)保留了人工蜂群算法在局部尋優(yōu)方面的優(yōu)勢(shì)，因而能夠極大地加快算法的收斂速度，并且避免陷入局部最優(yōu)解，從而提高了算法的整體性能。
　　2.針對(duì)大規(guī)模時(shí)間調(diào)制陣列綜合較為困難的問題，本文提出了一種大規(guī)模時(shí)間調(diào)制陣列綜合方法。該方法首先對(duì)于中心頻率方向圖進(jìn)行初步綜合并得到初始解。然后對(duì)該初始解的幅度和相位進(jìn)行微擾優(yōu)化，以滿足中心頻率方向圖以及陣列等效

5、激勵(lì)幅度的要求。最后對(duì)脈沖持續(xù)時(shí)間以及脈沖起始時(shí)刻進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)邊帶電平的抑制。該方法通過將原有的大規(guī)模綜合問題進(jìn)行分解，能夠極大地緩解因優(yōu)化變量規(guī)模過大而引起的優(yōu)化能力急劇下降的問題。
　　3.在研究傳統(tǒng)時(shí)間調(diào)制陣列能在中心頻率處實(shí)現(xiàn)等效幅度加權(quán)的基礎(chǔ)上，本文提出了相位調(diào)制陣列。相位調(diào)制陣列的每個(gè)天線單元與不同的延遲線相連接，通過控制兩種延時(shí)線的工作時(shí)序，可以在相位調(diào)制陣列的中心頻率處引入可控的等效相位，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在中心頻率處

6、的等效相位加權(quán)，并達(dá)到不使用移相器即可實(shí)現(xiàn)波束掃描的目的。該相位調(diào)制陣列具有非常簡(jiǎn)單的陣列結(jié)構(gòu)，以及廣闊的應(yīng)用前景。
　　4.針對(duì)進(jìn)化算法綜合時(shí)間調(diào)制陣列所存在的計(jì)算速度慢，穩(wěn)定性差，優(yōu)化能力對(duì)變量規(guī)模敏感等缺點(diǎn)，本文提出了一種時(shí)間調(diào)制陣列快速綜合方法。該方法首先使用交替投影算法對(duì)陣列的中心頻率方向圖進(jìn)行綜合，利用所得的中心頻率陣列激勵(lì)并再次使用交替投影算法對(duì)邊帶頻率方向圖進(jìn)行綜合。最終分離出時(shí)間調(diào)制陣列的靜態(tài)激勵(lì)與動(dòng)態(tài)激勵(lì)。由于

7、使用了交替投影方法，因此該綜合方法具有極高的效率和穩(wěn)定性，并且能解決大規(guī)模時(shí)間調(diào)制陣列綜合問題。
　　5.針對(duì)共形陣列極化方向調(diào)整的問題，本文提出了一種雙端口天線單元的極化方向控制方法。該方法根據(jù)天線單元的位置以及主波束極化方向，得到雙端口電流的相對(duì)關(guān)系，以此為基礎(chǔ)，獲得兩個(gè)端口激勵(lì)的電流幅度，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輻射單元的表面電流的流向，達(dá)到控制單元極化方向的目的。
　　6.針對(duì)共形陣列低副瓣方向圖綜合問題，本文提出了一種基于單峰