天線陣面的優(yōu)化與仿真

1、天線陣面的優(yōu)化與仿真 學號：1211020121專業(yè)：探測制導與控制姓名：鄧坤坤 摘 要本文主要研究了天線陣列的幾種優(yōu)化方法，主要包括兩部分的優(yōu)化：天線陣列排列優(yōu)化算法和天線權值優(yōu)化，天線陣列排列優(yōu)化算法有包括模擬退火算法和遺傳基因算法，兩種算法都能很好的對天線陣列進行最優(yōu)化處理，各有優(yōu)劣。天線權值優(yōu)化算法又包括譜加權、均勻加權、Cosine加權、升Cosine加權、升Cosine平方加權、Hamming加權、Black-Harris加權、Kaiser加權、最優(yōu)Dolph-Chebychev加權。主要使用了Matlab軟件進行程序設計和算法研究。 通過對各種優(yōu)化的算法研究，發(fā)現Dolph-Ch

2、ebychev加權可以控制旁瓣的高度，因此它比其它算法更加優(yōu)秀。 原 理 天線陣列優(yōu)化的研究現狀 ：天線陣列由兩個或兩個以上的離散天線組成，組成天線陣的單個天線叫做天線單元，一般是弱方向性天線，如半波振子、縫隙天線等。由于各天線單元產生的電磁場在觀察點的相位差隨方向而變化，合成場在一些方向增強，另一些方向減弱，因而天線陣列可以得到不同于天線單元方向性的方向圖。 天線陣列的方向圖由陣列的天線單元數、陣列的排列方式、陣列的權值和各個天線單元的方向圖共同決定，修改其中的任一個參數都可以改變天線陣列的方向圖。 天線陣列優(yōu)化主要包括天線陣列排列優(yōu)化和天線陣列權值優(yōu)化。本人主要研究的是天線陣列權值優(yōu)化。

3、模擬退火算法 模擬退火算法 SA（Simulated Annealing）是基于蒙特卡羅迭代求解法的一種啟發(fā)式隨機搜索算法。退火的概念最初是人們?yōu)榱搜芯拷M合優(yōu)化問題而提出的，算法用于解決組合優(yōu)化問題則是基于物理中固體物質的退火過程與一般組合優(yōu)化問題之間的相似性33。通過設定一初溫和初態(tài),伴隨溫度的不斷下降，結合概率突跳特性在解空間中通過鄰域函數進行隨機搜索，最終得到全局最優(yōu)。本文將簡單介紹如何利用模擬退火算法得到綜合孔徑排列方式，此時，排列天線最為關鍵的兩個問題是：最小冗余問題和基線的參數設計問題。 遺傳基因算法 遺傳基因算法 GA（Genetic Algorithms）是模擬達爾文的遺傳選擇

4、和自然淘汰的生物進化過程的計算模型，一般是從一個初始群體出發(fā)（通常采用隨機生成序列），根據適應度函數評估所有個體的優(yōu)劣，進行選擇(使群體中優(yōu)秀的個體有更多的機會傳給下一代) 、交叉（使群體內個體之間的信息相互交換）和變異（在群體中引入新的變種確保群體中信息的多樣性）等遺傳操作，使群體一代一代地進化，直到滿足給定的精度或是到達最大的遺傳代數。 均勻加權 均勻權值為 在U空間的波束方向圖 我們把精力放在標準線陣上，所以上式可以簡化為 1.,0nN1nN，）（）（）（udsinundsinn1uBu2usin2uNsinn1uBu）（Cosine加權考慮當N是奇數的情況，Cosine加權為其中 是一

5、個常數，使得21-Nn21-N-2ee2Nsin21uBNnj-Nnju，）（）（2Nsin21 -Nn21 -N-Nncos2Nsinn），（）（）（均勻加權和Cosine窗加權波束分析結果分析，從圖5.1可以看出旁瓣得到了降低，但是主波束變得更寬。 升Cosine加權可以把矩陣均勻加權跟Cosine加權結合起來，以利用每種加權的一些理想性質，對應的陣列加權為其中 21.21-N-n Nn cosp-1ppcn N，），（）（）（）（)2sin(2)1 (pcNpNp）（升Cosine平方加權 升Cosine平方加權為其中c2（p）是歸一化常數。）（）（）（）（Nn cosp-1ppcn 2

6、2）（）（）（）（Nn 2cosp-1p12pc2升cosine加權波束方向圖 Hamming加權 Hamming加權利用了矩陣方向圖和cosine平方方向圖的特點，在第一旁瓣的峰 值上放置了一個零點，加權函數為系數g0跟g1的選擇權使得在u=3/N的位置上有一個零點，并在正側相把響應歸一化為1，結果為這對應式中p=0.08的情況，波束方向圖是三個常規(guī)波束方向圖的和21.21-n Nn 2cosgg)n (10NN），（21.21-n Nn 20.46cos0.54n NN），（）（）（）（）（）（）（）（）（)2u(2sin)2u(2sin)2-u(2sin)2-u(2sin0.232usi

7、n2usin0.54uBuNNNNNNNHamming加權波束分析Blackman-Harris加權 Blackman-Harris加權把Hamming加權過程擴展到更高階諧波的情況，并在前兩個旁瓣的峰值位置上提供零點，加權函數為波束方向圖是多個常規(guī)波束方向圖的和21.21-n Nn 40.08cosNn 20.5cos0.42n NN），（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（)4u(2sin)4u(2sin)2-u(2sin)2-u(2sin0.04)2u(2sin)2u(2sin)2-u(2sin)2-u(2sin0.252usin2usin0.42uBuNNNNNNNNNNNNNKaiser加權Kaiser權值為21-Nn 21-Nn 2-1In 20N），（）（Kaiser加權最優(yōu)Dolph-Chebychev加權譜加權技術利用傅里葉變換性質來控制旁瓣，但是沒有顯式對旁瓣高度進行控制。這里介