对称平面稀疏阵列阵形优化方法研究

针对在固定阵元数目、最小阵元间距以及最大孔径条件下平面稀疏阵列阵形优化的问题,对阵元数目为256的平面稀疏阵列分别采用模拟退火算法和粒子群优化算法进行优化仿真,分析比较了模拟退火算法和粒子群算法在平面稀疏阵列阵形优化中的应用效果。仿真结果表明,经过模拟退火算法和粒子群优化算法优化后的平面稀疏阵列均能够抑制副瓣电平,并能够在一定的空域范围内实现波束扫描;相对于粒子群优化算法,模拟退化算法计算方法简单;在相同的迭代次数下,经模拟退火算法优化后的平面稀疏阵列比经粒子群算法优化后的平面稀疏阵列更能够有效地抑制副瓣。     

扩展酉矩阵束算法实现稀疏可重构天线阵的优化设计

针对方向图可重构天线阵列的稀疏布阵问题,提出一种基于扩展酉矩阵束算法的优化设计算法。首先建立以阵元位置和多组激励为变量的多方向图联合稀疏优化模型,并利用期望方向图采样数据构建Hankel块矩阵。然后通过centro-Hermitian化处理和酉变换将采样矩阵从复数域转换到实数域,舍弃实矩阵中较小的奇异值对可重构线阵进行稀疏。最后通过对等价矩阵束的广义特征值分解估计稀布阵元位置,进而得到每个方向图对应的激励。仿真验证了该方法能够以阵元非均匀稀疏分布的阵列形式有效实现多个方向图的精确重构。     

一种稀疏阵列下的二维DOA估计方法

研究了稀疏阵列下二维波达方向（DOA）的估计问题,提出一种基于不动点迭代的空间谱估计（FPC-MUSIC）算法。首先建立基于矩阵填充的DOA估计信号模型,并验证该信号模型满足零空间性质（NSP）,其次通过不动点迭代算法将稀疏阵列信号恢复为完整信号,最后利用恢复信号估计二维DOA。该算法可在稀疏阵列下大幅度降低谱估计平均副瓣,在大幅度降低阵元数的同时具有较高的估计精度。计算机仿真表明：FPC-MUSIC算法可在稀疏阵列下准确估计二维DOA,验证了该算法的有效性和优越性。     

基于矩阵填充的二维自适应波束形成算法

针对基于矩阵填充的二维自适应波束形成问题,提出一种基于奇异值门限(SVT)的特征分解线性约束最小方差(SVT-ELCMV)算法。首先建立二维自适应波束形成矩阵填充模型,其次验证接收信号矩阵满足零空间性质(NSP),并分析最小可恢复阵元数,最后以SVT算法将稀疏阵列信号恢复为完整信号,并通过修正的特征分解线性约束最小方差(LCMV)形成有效波束。算法解决了稀疏阵列平均副瓣大幅度上升的缺陷,且在平面阵列部分阵元无法正常工作时依然有效。计算机仿真表明:SVT-ELCMV算法可使稀疏阵列具有与完整阵列相同的二维波束形成能力,并可有效抑制干扰信号,验证了算法的有效性和优越性。     

基于约束最小冗余线阵与干扰对消的测向方法

针对有源干扰背景下信号源和干扰源的个数超过线阵的自由度而产生线阵饱和现象,提出一种将约束最小冗余线阵与干扰对消技术相结合的测向方法。通过将无源状态和有源状态下线阵输出数据的协方差矩阵进行对消运算去除有源干扰和噪声分量,并对约束最小冗余线阵的波达方向(DOA)估计算法进行改进,构造了新的协方差Toeplitz矩阵,有效抑制了由阵列非均匀性导致的伪峰,提高了阵列的DOA估计性能。仿真结果表明:该算法在低信噪比背景下具有抗有源干扰能力,扩展了阵列孔径,并具有较高的测向精度和鲁棒性。     

平滑重构稀疏贝叶斯学习测向算法

针对二级嵌套阵列中的紧凑阵元结构易受互耦效应影响的问题,提出了两种不同的嵌套阵列结构改进方法：连续平移嵌套阵列和间隔平移嵌套阵列。通过对原有二级嵌套阵列阵元位置进行调整,形成了两种不同的平移嵌套阵列结构,这两种结构对应的差分共阵均"无孔",并且测向自由度和阵列稀疏度均大于原二级嵌套阵列。针对嵌套阵列的差分共阵测向模型为单测量矢量模型,稀疏贝叶斯学习测向算法复杂度高的问题,提出了平滑重构稀疏贝叶斯学习算法。该算法通过空间平滑重构将单测量矢量模型变为多测量矢量模型,降低了观测矩阵的维度,减小了计算复杂度。算法求解时,通过对变换后的观测矩阵进行奇异值分解,进一步降低了观测矩阵维度,利用稀疏贝叶斯学习算法估计辐射源角度。仿真表明,在信噪比和采样数相同的条件下,该算法收敛速度比单测量矢量稀疏贝叶斯学习（SMV-SBL）算法快,且测向精度高于SMV-SBL算法和空间平滑多重信号分类（MUSIC）算法;存在互耦影响时,两种平移嵌套阵列比原嵌套阵列受互耦影响小。     

非理想均匀圆阵的波达方向和多普勒频率联合估计

针对均匀圆阵存在一般阵列误差 (如阵元的幅相误差和安装位置误差等 )的情况 ,提出了多个信号的波达方向和多普勒频率估计方法。直接利用均匀圆阵的阵列流形 ,采用波达矩阵法估计各个信号的多普勒频率。由一般阵列误差的统计特性构造加权矩阵 ,采用加权总体最小二乘法估计各个信号的波达方向。此方法具有鲁棒性强等特点。计算机仿真证明了此方法的有效性     

基于二元交替激励的一维线阵控制方法

为了得到一种简单有效的阵列天线方向图控制方法,首先,从二元阵天线的结构及方向图入手,结合方向图乘积定理,通过对阵元天线激励幅度和相位的控制,得出了一种基于二元阵交替激励的阵列天线方向图调控方法;然后,结合理论推导,对真实的阵列天线进行了激励控制实验,并对实验数据的分析,重点研究了阵列天线归一化方向图的变化,证实所研究方法的可行性。     

Estimation of DOA and Doppler Frequency on Nonideal UCA

针对均匀圆阵存在一般阵列误差(如阵元的幅相误差和安装位置误差等)的情况，提出了多个信号的波达方向和多普勒频率估计方法。直接利用均匀圆阵的阵列流形，采用波达矩阵法估计各个信号的多普勒频率。由一般阵列误差的统计特性构造加权矩阵，采用加权总体最小二乘法估计各个信号的波达方向。此方法具有鲁棒性强等特点。计算机仿真证明了此方法的有效性。     

两种自适应方向图峰值副瓣控制方法比较

自适应阵列（或称自适应波束形成）目前已广泛应用到雷达、声纳和通信领域中用来抑制各种干扰（有意的干扰，杂波干扰和多用户干扰等）。在雷达应用中，为了减轻脉冲欺骗式干扰或旁瓣目标并利用单脉冲雷达来准确测量目标波达方向．要求自适应方向图具有低副瓣和稳定的主瓣形状。在实际应用中，各种失配误差将降低自适应阵列的性能．这些误差包括由于目标的波达方向不精确引起的信号指向误差，由通道失配和位置扰动引起的阵列校准误差和由小样本教引起的协方差矩阵估计误差。在此情况下，自适应波束形成的性能大大下降（干扰抑制性能变差。主瓣失真和高的副瓣）。已提出了一种基于二次约束的集成峰值副瓣控制（integrated peak sidelobe control，简称IPSC）方法。该方法可以精确地控制峰值副瓣电平并产生具有稳定的主瓣形状的自适应方向图。研究IPSC中目标信号的影响和信号消除方案以进一步提高IPSC的性能。并将IPSC方法和最新提出的基于二阶锥规划（second-order cone programming，简称SOCP）的分布式峰值副瓣控制（distfibuted peak sidelobe control，简称为DPSC）新方法在性能上进行了比较。仿真结果表明。在干扰抑制性能和方向图控制质量方面IPSC比DPSC性能优越。此外IPSC比DPSC计算高效。     

Direction-finding with sparse rectangular dual-size spatialinvariance array

A novel sparse array geometry embedding two sizes of spatial invariances is presented for use with a new ESPRIT-based (estimation of signal parameters via rotational invariance techniques) algorithm for aperture extension. The half-wavelength invariance yields unambiguous but high-variance direction cosine estimates to disambiguate low-variance but cyclically ambiguous estimates from the larger invariance. With larger invariance at 60 half-wavelengths, resolution threshold for two closely spaced emitters is reduced by 50 dB and estimation error by 100-fold. Array design formulas are also presented     

Direction finding for two-dimensional incoherently distributed sources with Hadamard shift invariance in non-uniform orthogonal arrays

This paper proposes a novel algorithm for Two-Dimensional (2D) central Direction-of-Arrival (DOA) estimation of incoherently distributed sources. In particular, an orthogonal array structure consisting of two Non-uniform Linear Arrays (NLAs) is considered. Based on first-order Taylor series approximation, the Generalized Array Manifold (GAM) model can first be established to separate the central DOAs from the original array manifold. Then, the Hadamard rotational invariance relationships inside the GAMs of two NLAs are identified. With the aid of such relationships, the central elevation and azimuth DOAs can be estimated through a search-free polynomial rooting method. Additionally, a simple parameter pairing of the estimated 2D angular parameters is also accomplished via the Hadamard rotational invariance relationship inside the GAM of the whole array. A secondary but important result is a derivation of closed-form expressions of the Cramer-Rao lower bound. The simulation results show that the proposed algorithm can achieve a remarkably higher precision at less complexity increment compared with the existing low-complexity methods, which benefits from the larger array aperture of the NLAs. Moreover, it requires no priori information about the angular distributed function.     

圆柱共形缝隙阵列的相位补偿方法研究

对圆柱共形缝隙阵列的相位补偿方法进行了研究。首先根据对偶原理,给出了任意方向放置的缝隙单元的远场计算公式。然后根据叠加原理推导出圆柱共形缝隙阵列的远区场计算公式,并通过相位补偿方法使共形阵列的电磁特性接近于平面阵列。最后对9×9圆柱共形缝隙阵列、其对应的平面阵列以及相位补偿后阵列的远区场实际算例进行验证分析。结果表明,通过相位补偿可以对共形阵列的电磁特性进行改善。     

多层自适应模式识别系统模型

在英国WISARD单层模式识别系统的基础上,借助P.Kanerva的稀疏分布存贮(SDM)的概念,提出了~种新的多层自适应模式识别系统模型(MAPR)。并就其工作过程和主要特点作了较详细的叙述,还列出了多体印刷体汉字识别的初步试验结果。MAPR用稀疏RAN阵列代替WISARD的常规RAM阵列,用对n元模式计频的训练策略代替了原系统的直接置位策略。使系统除了保持原系统的重要优点外,在大维数或非确定性模式数据识别方面,其性能有了明显改善。     

基于TDOA 定位的阵列布放结构研究

不同结构阵列在TDOA定位中对定位精度有较大影响。为了掌握和减小阵列带来的影响,从TDOA定位解算方程组的角度分析了平面阵列在空间定位中高度方向产生较大误差的原因;又从单个基线的角度分析了影响基线定位敏感度的因素,而为分析阵列定位效果提供了理论依据。然后对七种代表性的平面阵列进行对比,验证了阵列结构对定位精度的影响关系。根据平面阵列的经验又设计了三种空间阵列,通过仿真实验证明了对阵列结构研究的正确性。     

基于压缩感知的金属加筋板兰姆波健康监测技术

针对大型复杂板结构安全评价需要，发展了一种基于压缩感知的金属加筋板结构兰姆波健康监测技术。利用压缩感知技术从稀疏阵列得到的少量检测数据中恢复出加筋板结构中兰姆波的频散特性，并提出了一种将余弦相似度和皮尔森相似度相结合的稀疏阵列兰姆波复合成像方法，以实现加筋板结构中大范围缺陷检测和成像。实验结果表明，压缩感知技术可以恢复出金属加筋板中兰姆波的频率-波数关系，提出的兰姆波复合成像方法能够实现金属加筋板中单缺陷和多缺陷的检测及定位。研究工作为复杂板结构损伤检测提供了一种可行的技术方案。     

Resolution and synthetic aperture characterization of sparse radar arrays

The concept of radar satellite constellations, or clusters, for synthetic aperture radar (SAR), moving target indicator (MTI), and other radar modes has been proposed and is currently under research. These constellations form an array that is sparsely populated and irregularly spaced; therefore, traditional matched filtering is inadequate for dealing with the constellation's radiation pattern. To aid in the design, analysis, and signal processing of radar satellite constellations and sparse arrays in general, the characterization of the resolution and ambiguity functions of such systems is investigated. We project the radar's received phase history versus five sensor parameters: time, frequency, and three-dimensional position, into a phase history in terms of two eigensensors that can be interpreted as the dimensions of a two-dimensional synthetic aperture. Then, the synthetic aperture expression is used to derive resolution and the ambiguity function. Simulations are presented to verify the theory.     

单脉冲双极化天线阵列设计

文章研究了单脉冲双极化天线阵列。天线阵混合馈电微带单元由共面微带线馈电和缝隙耦合微带线馈电两者结合形成,"十"字形微带单脉冲比较器与天线阵同面,具有结构紧凑、加工方便和成本低的优点。经仿真验证,在工作频带内其辐射单元双端口隔离度高于34dB;并且2个极化端口在其对应主平面方向的副瓣电平均低于-20dB。天线可适用于新一代多极化雷达系统。     

基于稀疏随机阵列配置的CS-MIMO雷达感知矩阵构造

压缩感知(CS)理论中的感知矩阵在观测数据获取和信号重建过程中起关键性作用。目前,大部分研究通过引入高斯随机矩阵作为测量矩阵实现压缩观测,这类测量矩阵对硬件要求很高,工程实现困难。提出了一种基于稀疏随机阵列配置的压缩感知-多输入多输出(CS-MIMO)雷达中的感知矩阵构造方法,当MIMO雷达阵元配置为满足某种概率分布的稀疏随机阵列时,发射与接收导引矢量的Kronecker积能够起到压缩测量的作用。从理论上分析了所构造的感知矩阵的归一化互相关系数、Gram矩阵以及阵列方向图之间的内在联系,并证明了当随机阵元位置满足均匀分布时所构造的感知矩阵满足压缩感知重构条件。在这种稀疏随机阵列配置方式下,既可以避免额外引入随机测量矩阵,又能减少所需的阵元个数,从而大大降低CS-MIMO雷达系统复杂度。仿真实验表明,该方法具有较低的感知矩阵归一化互相关系数,与满阵CS-MIMO雷达相比能够在减少阵元个数的同时获得良好的重构性能,且使重构所需运算量大大降低。