基于稀疏重建的大型陣列天線綜合.pdf

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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)，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(jì)成稀疏陣或子陣形式。然而，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法在大型陣列應(yīng)用中還面臨著一些挑戰(zhàn)。本文從實(shí)際應(yīng)用需求出發(fā)，圍繞大型陣列設(shè)計(jì)中的幾個(gè)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(jì)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(hào)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(shí)現(xiàn)期望方向圖所需的最小陣元個(gè)數(shù)、陣元的位置和激勵(lì)，并且對(duì)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(cè)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(cè)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(shí)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(shí)際陣列的互耦影響考慮到了稀疏陣列優(yōu)化設(shè)計(jì)中。數(shù)值仿真和實(shí)物測(cè)試證明了該方法的有效性。⑶提出了一種基于擾動(dòng)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(dòng)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(shí)減少了網(wǎng)格劃分，大大提高了算法的優(yōu)化效果和計(jì)算效率。接著，針對(duì)針對(duì)陣元位置擾動(dòng)引起的近似誤差問題，提出了一種擴(kuò)展的擾動(dòng)壓縮采樣（EPCS）方法，采用二級(jí)網(wǎng)格策略有效降低了標(biāo)準(zhǔn)PCS的建模誤差和計(jì)算復(fù)雜度。然后，為解決PCS和EPCS算法在處理復(fù)值問題時(shí)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(lì)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(duì)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(shí)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(jì)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)陣列相比，基于此天線設(shè)計(jì)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(shì)。⑸針對(duì)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