基于子阵激励能量匹配的多子阵交错阵列设计

多子阵稀疏交错共享孔径阵列天线是实现多功能阵列天线设计的有效途径。提出了一种基于子阵激励能量匹配的多子阵稀疏交错优化方法。根据均匀线阵激励与其方向图之间存在的傅里叶变换关系,该方法首先通过快速傅里叶变换（FFT）获得特定方向图的激励频谱能量分布,然后分析均匀线阵目标方向图频谱能量的分布特征,采用交叉选取子阵激励的方法,确定各子阵单元位置,使得阵列天线单元激励能量均匀分配,从而确保各子阵方向图近似一致。在此基础上通过迭代FFT的方法降低各子阵天线方向图旁瓣峰值（PSL）,实现低旁瓣,同性能的多子阵交错共享孔径阵列天线设计。仿真研究与实验表明,通过本文提出多子阵交错方法设计的共享孔径多稀疏交错子阵具有运算量小、孔径利用率高、各子阵峰值旁瓣电平低且拥有相似方向图的优点。利用子阵交错的方法,通过控制各子阵主波瓣指向,能轻松实现多波束指向的多功能阵列天线设计。      

微带八木贴片天线的特性研究

研究了微带八木贴片天线的频率响应特性和辐射特性。利用电磁仿真软件HFSS分析了天线各贴片大小和贴片间距等参数变化对寄生贴片耦合场强度和相位的影响,得出了耦合场强度和相位随天线参数的变化规律,揭示了天线频率响应和辐射方向图随天线参数变化的本质原因;在此基础上给出了天线的设计步骤。在某项目中应用该设计步骤进行实例设计,针对项目对天线增益的要求优化天线增益方向图,使之满足项目要求;天线实物的测试结果与仿真结果吻合并完全满足设计要求,证明了设计方法的有效性。     

改进的Woodward方法及用于设计大口面天线馈源

在分析传统的Woodward综合方法及其改进方法的基础上,引入最小二乘及伪逆,得到一种新的方向图综合方法;并将新方法与阵列波束形成技术结合,用于设计大型口面天线/FAST(Five-hundred meter Aperture Spherical Telescope)的初级方向图.在本文提出的方法中,抽样点数可以与阵列单元数相等和不等,对综合区域没有限制,所以综合的赋形波束更加灵活,适应场合更广泛.      

基于IDFT的指定方向图形状的阵列综合研究

在卫星通信、遥感及综合孔径雷达等领域,指定方向图形状的阵列天线有着广泛的应用。基于逆离散傅立叶变换（ＩＤＦＴ）算法,提出了一种新的阵列综合算法。该方法具有计算量小、计算数值稳定性好等特点。结合加窗技术,可在主瓣赋形精度、主瓣宽度和副瓣电平间进行灵活折中,以达到不同的设计要求。     

单脉冲环焦天线和差一体化设计

分析了单脉冲环焦天线差通道性能较差的原因,推荐了适用的和差口径分布函数,得出了所需馈源差方向图计算式, 提出了和差性能一体化设计步骤.为了验证理论方法的正确性,以3.5m变极化赋形单脉冲环焦天线为例,用本文提出的方法修改设计,使"和差矛盾"由6.5dB减为4.2dB,差方向图分离角由1.9°降为1.4°.因此, 使用特殊设计的单脉冲馈源可望将归一化差斜率提高到1.4.      

协同体制被动毫米波成像系统天线阵布局优化

针对人体安检应用中的高分辨率实时成像需求,分析了被动毫米波成像系统中相控阵体制与综合孔径体制的关系,结合两者优势提出了一种协同体制被动毫米波成像系统.针对水平方向相控阵体制布局,利用模拟退火算法进行优化,提出采用不同孔径喇叭天线作为阵列单元的方式提升阵列性能,并对主波束效率最大化及副瓣电平最平坦两种准则下的优化结果进行比较;针对竖直方向综合孔径体制布局,设计了满足基线不缺失条件的冗余度最平均稀疏阵列布局.仿真分析结果表明优化后的阵列天线结构可满足被动成像中提升功率测量信噪比(SNR)的需求.      

遗传算法综合阵列的幅度和相位方向图

分析了阵列方向图分别为对称、实的或实的且对称时所对应的单元激励关系,简要介绍了遗传算法,并将其用于阵列方向图综合.遗传算法是一种自适应全局优化概率搜索算法,它直接以目标函数作为搜索信息.通过合理地设计目标函数,遗传算法不仅可以综合幅度方向图,还可以综合相位,适合于需要进行幅度和相位补偿的情况,以及多目标的情况.最后,结合平顶波束方向图与抛物面天线初级馈源的正割平方方向图进行综合,证明了遗传算法的有效性和灵活性,说明使用遗传算法时尽量利用方向图的实的或对称特性,可以减少待优化变量的数目,加快收敛.并提出将传统遗传算法与传统方向图综合方法相结合,可以进一步减少得到最优解所需要的进化代数.     

余弦幅度激励单脉冲阵列方向图

本文介绍辐射元为等间距排列的、余弦幅度激励的单脉冲阵列和与差方向图。激励幅度包络余弦函数的角度和辐射元数目不受限制。导出的方向图表达式是三项之和,每项同大家所熟悉的均匀阵列阵因子相类似,相互间仅存在着常数相位移的差别。给出了计算实例。对于和方向图,通过实验证明测试结果与理论计算值吻合得较好。 文中采用的方法也适用于连续照射或口面天线方向图的分析,给出了有关公式。     

IC卡读写器用的一种四元振子天线分析

介绍用于IC卡读写器系统中一个天线阵的实际例子 ,天线由四单元半波振子组成 ,振子之间为平行双线馈电 ,通过同轴电缆接到直立的平行双线 ,在阵列几何中心向阵列两侧馈电 (并馈 ) ,分析了带有接地板的天线方向图及其随激励的变化 ,给出了阵列天线输入端驻波比频率特性的测试结果     

受限空间中天线产生的电波覆盖研究

受限空间中的有效电波覆盖直接影响通信质量和可靠性,对天线系统的布局优化尤为重要.然而现有的研究很少考虑本来就处于隧道中的天线参数对电波覆盖的影响.针对铁路隧道这种特殊的受限空间情况首先介绍了电波覆盖的研究方法和现状,然后利用射线追踪方法、波导模式方法和矢量抛物方程方法对电波覆盖进行了预估,针对笔形方向图的特征采用高斯方向图重点研究了不同的天线主瓣宽度、波束指向以及在隧道截面的位置对电波覆盖的影响,分析了沿隧道轴向不同区域内电波覆盖的不同特征,最后研究了受限空间中电波覆盖的三段式模型.本文的方法和模型可以为隧道内的天线选型及优化布局提供理论依据和参考.      

改进的基于本征滤波的时域宽带波束形成

为实现基于本征滤波宽带波束形成的频率不变性和零陷设计,提出一种改进的方法.基于最大能量阵列代价函数和主极大方向阵列响应线性约束构造的优化模型,将阵列空间响应偏差整合入代价函数,从而实现频率不变性的设计;提出了两种零陷设计的方法,将扩展旁瓣能量整合入代价函数和添加干扰方向阵列响应线性约束,构造两个新的约束优化模型,最后均由本征滤波的方法求解.仿真实验表明,该方法能在通带范围内实现指定角度范围内阵列响应的频率不变性和零陷效果,同时具有低旁瓣增益,验证了本文算法的有效性和良好性能.      

正交试验法在空间自由漂浮机械臂控制参数寻优中的应用

摘要： 针对空间自由漂浮机器人自适应控制参数的寻优问题,引入正交试验设计方法.综合考虑了各因素对试验结果的影响,通过较少的试验仿真次数即可快速获得较为理想的控制器参数,因此该方法对复杂系统控制器参数寻优具有较为实用的借鉴意义.实例证明,采用L81(340)正交表能较好地完成两自由度自由漂浮空间机械臂的14个控制参数寻优.     

电磁层析成像中传感器阵列的优化设置

电磁层析成像（EMT）中传感器阵列的设置决定了获得的感应电压测量值的数量，对成像的效果有着重要的影响。为了探究传感器设置对成像质量的影响规律，通过改变传感器阵列中线圈的数量及相对位置对传感器阵列进行优化。在COMSOL Multi-physics中建立不同线圈数量的传感器阵列模型，采用不同的成像算法进行成像并比较成像效果，发现适当增加传感器的个数可以提高成像质量，但增加到一定数量则成像效果下降；同时在传感器阵列固定的情况下将传感器阵列按照一定规则进行旋转，发现旋转之后叠加的复合成像效果要优于未旋转的成像效果。该结果对下一步EMT系统设计中传感器阵列的设置具有一定的指导意义。      

Antenna pattern control of planar arrays for long distance communications

As an alternative to standard antennas and due to the advent of low-cost digital processors and materials, adaptive antenna arrays are increasingly considered for applications in long distance communications. The pattern beam control potentialities provide the performance improvement of the communication systems. In this context, this work presents a technique that permits to synthesize the antenna pattern of a planar array. Considering that the relationship between the array factor and the array excitations for the far field region is a Fourier transform in the appropriate variables, the non-uniform sampling procedure is extended for planar arrays. These arrays permit a further control of the antenna pattern since two dimensions of space are used. The technique considers a number of array factor points equal to the array size, which is used to impose appropriated values in the antenna pattern. The produced array factor passes through those points with the desired values, which allows the synthesis of antenna patterns with appropriated characteristics. The theory is presented in order to develop the necessary direct expressions to calculate the array excitation. The array factor can be obtained using the inverse Fourier transform. As application examples, with this technique it is possible to define the level of each sidelobe of the antenna pattern, to control the main beam and to impose nulls in prescribed directions of the pattern.     

飞机结构耐久性/损伤容限综合设计与分析

飞机结构单独采用耐久性设计或者单独采用损伤容限设计都会影响飞机结构的最优化设计.针对此问题,在现有的飞机结构耐久性和损伤容限分析方法基础上提出了飞机结构耐久性／损伤容限综合设计与分析方法并建立了分析流程图.在保证结构安全和经济维修的前题下,提出了以飞机结构重量和检修一体化作为飞机结构优化设计的指标.该方法可用于新研飞机的设计和现役飞机寿命的可靠性评定分析,具有实用价值.      

面向进化容错的FPGA故障模型研究

不同的容错方法需采用不同的故障模型。文章分析了进化容错方法的特点,提出需要研究与之相适应的FPGA故障模型。首先从故障模型定义出发提出故障模型划分的思想,从不同的角度研究FPGA故障模型;然后根据基于SRAM的FPGA的结构特点,从功能角度和配置角度提出两种FPGA故障模型划分,分析了两种故障模型划分方法所适用的容错方法。从配置角度划分FPGA故障模型有利于简化进化容错方法中的故障检测环节。故障检测实验的结果说明这种划分方法是有效的。     

GNSS抗干扰天线阵不一致性对MUSIC算法的影响

由于天线阵元位置、射频（RF）放大器和模数转换器（ADC）等因素的影响,全球卫星导航系统（GNSS）抗干扰天线阵各通道间不可避免地存在着不一致性。首先,利用矩阵中的子空间理论分析了通道的幅度不一致性和相位不一致性对多重信号分类（MUSIC）算法的影响。理论分析结果表明:单干扰情况下通道幅度不一致性会降低MUSIC算法方向图的零陷深度,但不影响零陷位置,相位不一致性对MUSIC算法方向图零陷位置和零陷深度均有影响;多干扰情况下通道幅度不一致性和相位不一致性对MUSIC算法方向图零陷位置零陷和深度都有影响。因此在通道不一致性慢变化的条件下,MUSIC算法利用方向图进行性能评估时需要测出通道幅相偏差矩阵进行方向图纠正。然后,利用仿真的方法对不一致性的影响进行了实验分析,实验分析结果与理论分析结果一致。      

基于代理模型的高超声速飞行器协同优化设计

建立了类X-51A高超声速飞行器的多学科模型,包括外形、气动、推进、质量、热流、弹道等学科.采用多学科设计优化(MDO, Multidisciplinary Design Optimization)方法中的协同优化(CO, Collaborative Optimization)进行了计算,计算流程中构建了两个子系统优化器与弹道学科的代理模型,使用代理模型替代了计算耗时的真实模型.同时为了对比,采用了多学科可行法(MDF, Multidisciplinary Feasible Method)进行了优化计算.结果表明,二者的优化结果基本一致,优化之后的飞行器质量比初始构型飞行器降低了15.2%,航程提升了63.5%,并且使用代理模型后计算效率也得到了很大的提升.验证了基于代理模型的协同优化方法应用于高超声速飞行器设计中的有效性.