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旋转面共形阵列优化设计算法

作　者: 谢朋翰
导　师: 何子述
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 遗传算法 模拟退火算法 稀布共形阵列 优化布阵 旁瓣电平
分类号: TN820.15
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


将天线阵元安装在飞行器表面形成共形阵列天线,共形阵列天线可以提高武器的性能。为了使共形阵列天线具有强方向性,需要将共形阵列天线的孔径做得很大,同时,为了减小天线系统的成本,则要尽可能的减少阵元数目。稀布阵列天线研究在大的阵列孔径范围内如何布置较少的天线单元使天线的性能较优。因此,运用阵元稀布的方法可以解决上述问题。天线的峰值旁瓣电平是天线阵列的一个重要技术指标,它是关于阵元位置的复杂的非线性函数。对天线的峰值旁瓣电平的优化是属于非线性最优化问题,很难通过传统数值优化方法来得到解析解。模拟退火算法和遗传算法是一种全局的、只需要利用评价函数信息的随机优化方法,它对最优化的求解具有普遍适用性,应用领域非常广泛,用于函数优化时,对非线性、多模型和多目标的最优化具有很好的适应性。本文将共形阵列天线和稀布阵列天线的技术相结合,针对几种较复杂的共形阵列模型——圆锥阵列,圆柱阵列和同心圆环阵列,以模拟退火算法和遗传算法为优化工具,对这些共形阵列进行稀疏,稀布优化综合,使它们对应的峰值旁瓣电平降低。本文的主要内容和创新之处包括:1.介绍了标准遗传算法和标准模拟退火算法的基本概念、工作原理、算法流程及其应用范围。2.推导了任意阵列的方向图函数,并给出几类典型阵列的方向图函数。以圆锥阵列的方向图函数为基础构造了一个评价圆锥阵列峰值旁瓣电平的适应度函数,运用模拟退火算法对其进行稀疏布阵。3.固定阵列孔径,阵元数目以及设定最小阵元间距,在这些约束条件下用模拟退火算法对圆柱阵列进行稀布综合,降低了圆柱阵列的峰值旁瓣电平,同时提高了布阵的自由度。在计算过程中,将直角坐标转化为柱坐标,减小了计算量。4.针对圆形边界平面阵列提出了一种新的布阵方法,该方法使阵元在满足多约束(约束孔径、阵元数和最小阵元间距)的条件下任意分布。运用修正的遗传算法对其进行优化,寻找到阵元的最佳分布位置,减小它对应的峰值旁瓣电平。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 稀布共形阵列的研究背景及意义  9-13
  1.2 稀布共形阵列的国内外研究现状和发展趋势  13-15
  1.3 论文结构及内容安排  15-17
第二章 优化算法简介  17-24
  2.1 遗传算法简介  17-19
    2.1.1 遗传算法的基本概念  17-18
    2.1.2 遗传算法的特点  18
    2.1.3 遗传算法的工作原理  18-19
  2.2 模拟退火算法简介  19-22
    2.2.1 物理退火过程原理  20-21
    2.2.2 模拟退火算法的特点  21
    2.2.3 标准模拟退火算法的步骤  21-22
    2.2.4 标准模拟退火算法的流程图  22
  2.3 本章小结  22-24
第三章 共形圆锥阵列的稀疏优化方法  24-37
  3.1 任意阵列模型  24-30
    3.1.1 方向图乘积原理  24-25
    3.1.2 任意阵列方向图函数  25-27
    3.1.3 直线阵列的方向图函数  27-28
    3.1.4 矩形边界平面阵列布阵的方向图函数  28-29
    3.1.5 圆环阵列的方向图函数  29-30
  3.2 共形圆锥阵列稀疏布阵  30-36
    3.2.1 共形圆锥阵列的优化模型  30-32
    3.2.2 SA 在共形圆锥阵列稀疏优化中的应用  32-33
    3.2.3 数值仿真  33-36
  3.3 本章小结  36-37
第四章 共形圆柱阵列的稀布优化方法  37-51
  4.1 优化问题的描述  37-39
  4.2 创建初始个体  39-42
  4.3 构造新个体  42-43
  4.4 SA 适应度函数构造  43-44
  4.5 SA 在共形圆柱阵列稀布优化中的应用  44-50
    4.5.1 SA 在共形圆柱阵列稀布优化中的关键步骤  44-45
    4.5.2 数值仿真  45-50
  4.6 本章小结  50-51
第五章 可投影至共形球面的圆形阵列稀布优化  51-66
  5.1 均匀同心圆环阵列的综合  51-53
  5.2 稀布圆口径阵列的优化模型  53-57
    5.2.1 优化问题的描述  54
    5.2.2 决策变量的编码和GA 适应度函数构造  54-55
    5.2.3 初始群体的创建  55-57
  5.3 修正的遗传算法在稀布圆口径阵列中的应用  57-61
    5.3.1 选择  58-59
    5.3.2 遗传预处理  59-60
    5.3.3 广义交叉和广义变异  60
    5.3.4 遗传后处理  60-61
  5.4 数值仿真  61-64
  5.5 本章小结  64-66
第六章 全文总结  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
个人简历  73-74
攻读硕士学位期间的研究成果  74-75

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 天线 > 一般性问题 > 信号发送、辐射系统 > 天线阵与天线组合
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