摘要: 天线阵列可有效对方向图进行控制，在雷达、通信等领域均有广泛应用。阵元位置优化和波束赋形分别基于优化阵元数目与间距和设计天线阵元权向量实现对天线阵列方向图的优化，具有重要的研究意义。本文分别以矩形平面阵列和半球面共形阵列为背景，对阵... 展开 天线阵列可有效对方向图进行控制，在雷达、通信等领域均有广泛应用。阵元位置优化和波束赋形分别基于优化阵元数目与间距和设计天线阵元权向量实现对天线阵列方向图的优化，具有重要的研究意义。本文分别以矩形平面阵列和半球面共形阵列为背景，对阵元位置优化与波束形成技术进行研究。具体研究内容如下： 首先，对传统平面阵列接收波束形成和共形阵列发射波束形成进行建模，并建立矩形平面阵列和半球面共形阵列模型。 其次，基于粒子群优化算法（PSO）对矩形平面阵列进行阵元位置优化，本文分别对稀疏布阵和稀布布阵进行研究。对布尔型PSO算法做出了改进，使得阵列的稀疏率可控以实现满足阵元数目约束的矩形稀疏布阵。针对现有矩形平面稀布布阵算法存在的问题，本文提出了基于自调整映射法则的矩形稀布阵列优化方法，在多约束条件下有效降低峰值旁瓣电平，性能优于同条件下的稀疏布阵和现有的稀布布阵算法。 然后，研究了共形阵列发射波束组阵。基于主波束增益的遍历法则获得可布阵元，有效解决发射方向图主波束指向偏移的问题。在可布阵元的基础上，将多目标粒子群优化算法应用于发射单波束组阵，仿真表明该算法性能优于二进制粒子群优化算法。为了发挥全数字阵列优势，提高阵元利用率，本文提出了二重粒子群优化算法。该算法由多目标粒子群优化算法获得各个波束指向的最优阵列，并通过多元粒子群算法确定复用阵元的归属，实现了共形阵列同时发射多波束组阵，避免了阵元复用。 最后，为了进一步改善共形阵列发射方向图性能，提出了三种波束赋形算法。本文基于凸优化理论提出基于最大输出信噪比波束赋形算法，通过求解凸优化问题得到最优权向量实现波束赋形。为了平衡算法性能和计算效率，本文基于自适应理论分别提出了基于预加权正交投影分解的波束赋形算法和基于线性约束最小方差（LCMV）互补分解的波束赋形算法。通过对最优权进行分解和调整，使得加权后的方向图逼近期望方向图。仿真表明，本文提出的三种波束赋形算法性能相近，能够对共形阵列实现波束赋形，满足特定的性能要求。后两种算法避免了求解凸优化问题，计算效率高，更具有应用价值。 收起