天線陣面的優(yōu)化與仿真

1、天線陣面的優(yōu)化與仿真 學(xué)號：1211020121專業(yè)：探測制導(dǎo)與控制姓名：鄧?yán)だ?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(quán)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(jìn)行最優(yōu)化處理，各有優(yōu)劣。天線權(quán)值優(yōu)化算法又包括譜加權(quán)、均勻加權(quán)、Cosine加權(quán)、升Cosine加權(quán)、升Cosine平方加權(quán)、Hamming加權(quán)、Black-Harris加權(quán)、Kaiser加權(quán)、最優(yōu)Dolph-Chebychev加權(quán)。主要使用了Matlab軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)和算法研究。 通過對各種優(yōu)化的算法研究，發(fā)現(xiàn)Dolph-Ch

2、ebychev加權(quán)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(xiàn)狀 ：天線陣列由兩個(gè)或兩個(gè)以上的離散天線組成，組成天線陣的單個(gè)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(chǎn)生的電磁場在觀察點(diǎn)的相位差隨方向而變化，合成場在一些方向增強(qiáng)，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(shù)、陣列的排列方式、陣列的權(quán)值和各個(gè)天線單元的方向圖共同決定，修改其中的任一個(gè)參數(shù)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(quán)值優(yōu)化。本人主要研究的是天線陣列權(quán)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(jī)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(zhì)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(shè)定一初溫和初態(tài),伴隨溫度的不斷下降，結(jié)合概率突跳特性在解空間中通過鄰域函數(shù)進(jìn)行隨機(jī)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(shí)，排列天線最為關(guān)鍵的兩個(gè)問題是：最小冗余問題和基線的參數(shù)設(shè)計(jì)問題。 遺傳基因算法 遺傳基因算法 GA（Genetic Algorithms）是模擬達(dá)爾文的遺傳選擇

4、和自然淘汰的生物進(jìn)化過程的計(jì)算模型，一般是從一個(gè)初始群體出發(fā)（通常采用隨機(jī)生成序列），根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)評估所有個(gè)體的優(yōu)劣，進(jìn)行選擇(使群體中優(yōu)秀的個(gè)體有更多的機(jī)會傳給下一代) 、交叉（使群體內(nèi)個(gè)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(jìn)化，直到滿足給定的精度或是到達(dá)最大的遺傳代數(shù)。 均勻加權(quán) 均勻權(quán)值為 在U空間的波束方向圖 我們把精力放在標(biāo)準(zhǔn)線陣上，所以上式可以簡化為 1.,0nN1nN，）（）（）（udsinundsinn1uBu2usin2uNsinn1uBu）（Cosine加權(quán)考慮當(dāng)N是奇數(shù)的情況，Cosine加權(quán)為其中 是一

5、個(gè)常數(shù)，使得21-Nn21-N-2ee2Nsin21uBNnj-Nnju，）（）（2Nsin21 -Nn21 -N-Nncos2Nsinn），（）（）（均勻加權(quán)和Cosine窗加權(quán)波束分析結(jié)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(quán)可以把矩陣均勻加權(quán)跟Cosine加權(quán)結(jié)合起來，以利用每種加權(quán)的一些理想性質(zhì)，對應(yīng)的陣列加權(quán)為其中 21.21-N-n Nn cosp-1ppcn N，），（）（）（）（)2sin(2)1 (pcNpNp）（升Cosine平方加權(quán) 升Cosine平方加權(quán)為其中c2（p）是歸一化常數(shù)。）（）（）（）（Nn cosp-1ppcn 2

6、2）（）（）（）（Nn 2cosp-1p12pc2升cosine加權(quán)波束方向圖 Hamming加權(quán) Hamming加權(quán)利用了矩陣方向圖和cosine平方方向圖的特點(diǎn)，在第一旁瓣的峰 值上放置了一個(gè)零點(diǎn)，加權(quán)函數(shù)為系數(shù)g0跟g1的選擇權(quán)使得在u=3/N的位置上有一個(gè)零點(diǎn)，并在正側(cè)相把響應(yīng)歸一化為1，結(jié)果為這對應(yīng)式中p=0.08的情況，波束方向圖是三個(gè)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(quán)波束分析Blackman-Harris加權(quán) Blackman-Harris加權(quán)把Hamming加權(quán)過程擴(kuò)展到更高階諧波的情況，并在前兩個(gè)旁瓣的峰值位置上提供零點(diǎn)，加權(quán)函數(shù)為波束方向圖是多個(gè)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(quán)Kaiser權(quán)值為21-Nn 21-Nn 2-1In 20N），（）（Kaiser加權(quán)最優(yōu)Dolph-Chebychev加權(quán)譜加權(quán)技術(shù)利用傅里葉變換性質(zhì)來控制旁瓣，但是沒有顯式對旁瓣高度進(jìn)行控制。這里介