共形阵中文文献检索报告综述.docx

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共形阵中文文献检索报告综述

统计

硕士论文：

电子科技大学4篇、西安电子科技大学4篇、中国科学技术大学1篇、中国海洋大学1篇

硕士论文：

电子科技大学12篇、西安电子科技大学10篇、南京航天航空大学1篇、大连理工大学1篇、西北工业大学1篇

期刊：

兵工学报1篇、西安电子科技大学学报4篇、电子信息学报1篇、计算机仿真1篇、信号处理1篇

导师指导次数：

杨峰5篇、何子述3篇

焦永昌2篇、吴顺君2篇、廖桂生2篇、张福顺2篇、刘三阳2篇

王秉中、丁庆生、韩春林、万群、吕明、杨仕文、杨雪松、黄炜、张守宏、鄢泽洪、李明、刘三阳、冯大政、金明录、汪飞、丁君、刘新国各1篇

学位论文

博士论文

D1基于几何代数的共形阵列空域信号处理研究

文章来源：

电子科技大学

作者：

邹麟

导师：

何子述

摘要：

阵列信号处理已经在许多领域里得到了应用。

由天线，探测器或其他传感装置组成的各种阵列，是现代雷达、通信以及声纳系统中不可或缺的组成部分。

经过了近四十年的发展，基于线阵，尤其是均匀线阵和平面阵的理论和算法已经颇为成熟，但是，对于具有其他复杂几何结构的共形阵列的研究，却鲜有文献涉及。

本论文从共形阵列与传统线阵和平面阵的不同之处出发，利用几何代数这一有效的数学工具作为共形阵列分析的基础，构建了共形阵列的分析模型；在此之上，深入地研究了共形阵列方向图的分析和综合、波束形成、以及波达方向估计等问题；通过理论分析和仿真实验，得到了一系列行之有效的算法。

本文的主要工作如下：

首先，论文对几何代数进行了详细的介绍，并特别指出了利用这一数学工具对共形阵列信号处理的便利之处。

第二，论文给出了传统的处理模型；从共形阵列的特殊性出发，指出了在具有复杂几何结构的共形阵列中，利用原有模型进行分析的困难之处，对经典的欧拉旋转矩阵分析方法进行了总结。

论文利用几何代数这一有利数学工具，得到了具有有向极化阵元的任意几何结构共形阵列的三维方向图，并将该方法和传统的分析方法进行了对比。

通过互耦补偿，该分析模型和文中后续的各种方法，可以拓展到考虑互耦情况下的实际应用场景中。

第三，针对具有有向阵元的柱面阵波束形成问题，论文引入子阵划分的思想，得到了基于传统的最小方差无失真响应波束形成方法的波束形成器。

利用基于几何代数的分析模型，结合传统波束形成方法和凸优化理论，论文对共形阵列波束形成和方向图约束等问题进行了研究。

实验结果表明，这几种算法对三维方向图的控制均有很好的效果。

第四，在几何代数分析方法的基础之上，利用交集逼近算法对共形阵列三维方向图综合进行了研究，得到了针对任意几何结构，且具有有向极化阵元的共形阵列方向图综合方法，对其进行了仿真实验。

最后，针对具有对称结构的共形柱面阵列，通过ESPRIT算法，迭代地修正共形阵列接收信号模型，实现了在极化有向阵元情况下，对来波信号的方向和极化参数的估计。

仿真的结果表明，该方法可以实现对称共形柱面阵列的参数估计。

创新点：

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D2共形相控阵波束形成与DOA估计算法研究

文章来源：

电子科技大学

作者：

谢菊兰

导师：

何子述

阵列信号处理是信号处理领域的一个重要分支，其最主要研究内容包括自适应波束形成（AdaptiveBeamforming，ABF）和波达方向（DirectionOfArrive，DOA）估计。

ABF和DOA估计可提高阵列天线的性能，在军用与民用方面具有广泛的应用前景。

阵列信号处理的基础是阵列结构。

由于考虑了空气动力学或水力学，共形阵能进一步提高系统性能。

均匀圆阵（UniformCircularArray，UCA）和球阵（SphericalArray）是共形阵中比较典型的阵列结构，可提供360的方位角覆盖，并且在各个方向上可具有相同的测向性能。

此外，它们还能提供俯仰角信息。

因此，与均匀线阵和其他的一些平面阵相比，均匀圆阵更适于被应用在雷达、声纳和无线通信等领域，而由于球阵能提供180的俯仰角覆盖范围，其更适于应用在卫星通信领域。

本文主要研究了基于均匀圆阵和球形阵列的自适应波束形成和DOA估计算法。

主要工作和贡献有：

（1）均匀圆阵常规去相干波束形成算法中模式变换引起噪声功率发生改变，从而导致算法性能下降。

针对该问题，提出了一种给同心双圈阵列加权的方法来消除模式变换给噪声功率带来的变化。

仿真结果表明该方法大大改善了输出SINR。

（2）提出了一种高效的实值权去相干波束形成算法。

该算法可以通过只使用实值权来抑制相干干扰，并且不需进行空间平滑去相干，因此大大减小了计算量。

此外，它在低信噪比和小快拍下能快速收敛，并性能稳定。

（3）提出了一种均匀圆阵的相干信源DOA估计的差分算法。

该方法具有很强的信源过载能力，且兼顾了相干及非相关信源的分辨。

（4）提出了一种未知互耦条件下的快速DOA估计算法，并给出了一种新的除伪方法。

相对于互耦效应存在时常规的盲DOA估计算法，所提算法的计算量显著降低。

（5）提出了一种互耦效应存在时的基于稀疏均匀圆阵的混合算法。

与互耦效应存在时已有的计算量较小的二维DOA估计算法不同的是，该算法不需要足够多的阵元来支撑其采用传统的波束空间变换。

以阵列流形分解技术为基础，我们提出了一种改进的UCA-RARE来估计方位角，并使用Root-MUSIC算法来估计俯仰角。

对于稀疏均匀圆阵来说，与UCA-RARE相比，改进的UCA-RARE能够消除一些由阵列稀疏带来的伪解。

阵列流形分解引入的截断误差影响DOA估计精度，因此，我们分析了该误差对DOA估计的影响。

（6）研究了三种球形阵列的阵元分布方式，并讨论了它们的球形模式变换。

同时还研究了一种球形ESPRIT算法，完善了该算法并对这三种不同分布方式下的该算法的性能进行了研究。

此外还提出了另外两种球形ESPRIT算法，并研究了他们的性能。

创新点：

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D3基于复杂载体的共形软件天线关键技术研究

文章来源：

电子科技大学

作者：

杨鹏

导师：

杨峰

随着计算机技术和高速数字信号处理技术的发展，传统模拟化，硬件化的雷达和天线系统已逐步被新型的数字化、软件化系统所取代。

基于复杂载体共形阵的软件天线不仅具有重要的工程应用价值同时也具有较强的学术研究价值。

共形软件天线系统主要由共形天线及其阵列、信号与环境识别和分类算法、数字波束形成算法以及控制模块几个部分组成。

本文以复杂载体共形天线阵为基础，着重研究软件天线的几个关键技术。

主要有以下五个部分:

（1）共形天线的分析和设计。

针对共形阵具有多尺度的特点（即共形天线由天线本身的精细结构和载体的电大结构所构成），在积分方程的基础上，着重研究了基于有限元——边界积分的分析方法，并将该方法应用到共形天线的分析和设计中。

（2）基于复杂载体共形阵的快速DOA估计方法。

重点研究了几种可以适用于任意阵列结构的免搜索DOA估计算法，包括基于阵列流形分离技术（MST）的算法，基于傅里叶变换（FD）的算法和基于空间内插（Interpolation）的算法。

针对复杂载体上的共形阵具有遮挡效应，且空间内插在复杂载体共形阵列上存在变换误差大的问题，提出了基于子阵分割的空间内插ESPRIT算法。

数值仿真表明，该方法在保证一定精度的前提下，具有较小的运算量和较快的运算速度。

（3）基于复杂载体共形阵的快速角度——极化联合估计。

首先，研究了极化敏感阵列的特点，并导出了接收数据的数学模型。

在基于RootMUSIC算法的基础上，提出了利用2DDFT代替多项式求根来提高运算速度，并将该算法推广到任意阵列结构的二维角度、极化联合估计。

结果表明，该方法在保证精度的同时，可以有效降低计算复杂度。

最后，利用空间内插方法，将基于ESPRIT算法的角度——极化估计方法从平面阵推广到共形阵上，相对于2DDFT方法，进一步高了运算速度。

（4）基于复杂载体共形阵的稳健数字波束形成。

首先提出了一种基于空间内插变换的方法，通过内插变换，将由有向阵元构成的共形阵变换为具有全向阵元的均匀直线阵，以此提高了自适应波束形成的性能和稳健度。

接着，提出了一种适用性更广的基于阵列流形分离技术的稳健的波束形成算法。

该算法具有简单、稳健性高，可用于任意阵列结构的优点。

理论分析结合实际的共形阵列上的仿真算例证明，该方法在小采样数和低信噪比，以及存在DOA估计误差时有较为稳健的性能。

（5）共形阵的低副瓣、低交叉极化综合。

利用自适应综合理论，研究了适用于任意共形阵的低副瓣方向图综合。

分析和研究了共形阵中交叉极化的影响，并将交替投影算法和自适应综合法相结合以提高迭代收敛速度，在获得低副瓣的同时，有效抑制了交叉极化。

本文的研究工作可为软件天线在共形阵上的应用提供了有效的方法途径，并为该课题的进一步深入开展打下坚实的基础。

创新点：

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硕士论文

M1球面共形阵列优化设计及其波束赋形技术研究

文章来源：

电子科技大学

作者：

崔兵伟

导师：

丁庆生

阵列天线由很多天线单元组成,这些单元共形于物体表面,以减少或消除空气动力学性能的影响,这种天线就称为共形天线。

共形天线具有剖面低,重量轻,易于安装于飞行器表面等优点,使得在天线技术不断发展的今天,共形天线越来越多的应用于诸多领域。

球面阵列就是指所有阵元分布在一个球体的表面。

球面阵列天线作为共形天线的一种,自然具备共形天线所有的优点。

但由于自身形状的独特性,又使得它拥有一般阵列天线所不具有的辐射特性。

平面阵列的最大可能扫描角受到一定限制。

如果平面阵列上的阵元之间的距离不足半个波长,互耦就会增加,相应地阵列性能就会下降。

如果阵元间距过大,最大扫描角会受到的栅瓣的限制。

球形阵列灵活的地方是阵元能沿着表面移动。

因此,扫描角会增加同时栅瓣现象会减少。

本文从一个球形天线模型入手,逐步分析介绍了该模型的阵列稀疏优化、波束赋形以及微带阵元在该模型中的应用,分析过程中采用遗传算法这一全局优化方法。

直线阵和平面阵的低副瓣阵列方向图综合技术不适合球形阵列。

在球面共形天线阵列的稀疏综合中,不考虑单元方向性函数,忽略阵元间互耦效应,阵列等幅同相加权,在保持阵列孔径不变的情况下,以阵元分布位置作为优化参量,以最大相对副瓣电平作为优化目标,进行优化稀疏,减少了阵元数量,降低了系统成本。

在天线波束赋形部分,介绍了窄波束零陷和宽波束零陷。

针对每一种零陷,又通过幅值扰动零陷、相位扰动零陷和复权值扰动零陷这三种分析方法进行仿真、分析和比较。

在遗传操作过程中,改进了编码方法,构造的适应度函数不但以一定的零陷深度为目标,还考虑副瓣的增益维持在一定的水平。

通过对天线阵列方向图函数的分析,可以看到在干扰方向都达到了一定的零陷深度,有效地抑制了干扰方向的辐射特性。

微带天线具有重量轻、成本低、易于安装等特点,使得它成为最流行的天线类型之一,因此应用前景广阔,特别是在共形阵列中更能体现出微带阵列的优点。

本文将已介绍模型中的全向阵元改为微带阵元,观察并分析有向阵元在天线阵列中的应用。

创新点：

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M2稀布共形阵列天线综合方法及波束形成技术的研究

文章来源：

电子科技大学

作者：

包子阳

导师：

韩春林

近些年来,各种先进的飞行器,为了获得更高的空气动力学性能和更强的武器性能,越来越希望将它们所携带的电子设备包括雷达天线安装在他们的表面上,使阵列天线的阵面与飞行器的表面相吻合,形成共形阵列天线。

为了解决在飞行器上安装和固定孔径尽可能大的阵列天线的困难,采用稀布的共形阵列天线是一种既优越又现实的技术方案。

在飞行器表面上稀疏布阵天线阵列有利于有效的利用他们的几何形状,设计出孔径尽可能大、成本容易控制的强方向性天线阵列,而且有利于降低飞行器自身的雷达散射截面。

本文主要针对对共形阵列天线的基础—圆形阵列和圆柱阵列天线,将共形阵列天线和稀布阵列天线的相关技术相结合起来,进行稀布和稀疏布阵综合方法及波束形成技术研究,主要包括以下几个方面:

首先,介绍了遗传算法和差分进化算法的基本概念、工作原理、算法流程及其应用范围;再次,介绍了阵列信号的基本理论和相关技术,推导了任意阵列的方向图函数,进行了均匀圆形阵列的方向图综合:

采用有向阵元来优化副瓣电平;运用基本的遗传算法,进行相位加权法、幅值加权法、相位—幅值加权法综合方法,进行副瓣电平的优化;然后,建立了稀布均匀圆形阵列的优化模型,运用改进的遗传算法、改进的差分进化算法和两者的结合对全向阵元和有向阵元的圆形阵列天线阵元进行稀布;最后,推导了均匀圆柱阵列的方向图函数,建立了优化模型,运用标准的遗传算法进行全向阵元和有向阵元的均匀圆柱阵列的稀疏。

本文的研究成果可以为稀布共形阵列的进一步研究提供参考。

创新点：

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M3共形阵的方向图综合及自适应波束形成研究

文章来源：

电子科技大学

作者：

黄艳

导师：

万群

基于共形阵突出的优点以及其相对于传统阵列所不能替代的表现，其在机载、星载、弹载等场合有非常广泛的应用前景。

本文针对共形阵的方向图综合及自适应波束形成进行了广泛而深入的分析与研究。

针对在共形阵方向图综合中如何获得低副瓣、抑制交叉极化以及如何在低快拍数、波达角度估计（Direction-of-Arrival,DOA）失配模型下获得稳健的自适应波束形成器等问题，相应的研究了几种算法，并在圆柱共形阵下进行了大量的仿真验证。

本文的具体工作，总结如下：

1.建立共形阵的数学模型。

给出共形阵阵列接收数据快拍数学模型，分析了共形阵极化导向矢量数学模型，并给出了构建共形阵的阵元的天线模型，描述了采用欧拉旋转矩阵的方法获得极化方向图的步骤。

2.介绍了自适应空域滤波器的组成框图及滤波原理，分析了三种波束优化准则。

简洁的介绍了基于Capon波束形成的三种等价描述，针对共形阵的极化特性，研究了基于共形阵的自适应Capon极化波束形成器并在圆柱阵下进行仿真验证。

3.针对一些传统的方向图综合方法具有很高的副瓣的缺点，研究了一种自适应的方向图综合算法，该算法采用最大信噪比准则，自适应的控制主瓣方向和副瓣电平的大小。

针对共形阵不能忽视的交叉极化，研究一种抑制交叉极化的方向图综合算法，简称交替投影算法。

最后，将这两种方向图综合算法在圆柱阵下进行仿真，验证了算法的有效性。

4.针对第三章研究的共形阵自适应极化波束形成算法在低快拍、DOA失配模型下性能下降的特点，研究了两种在DOA失配模型下的Capon稳健波束形成：

最大化最不利情况下稳健Capon波束形成以及非退化椭圆约束的稳健Capon波束形成。

将该算法结合共形阵的极化特性，研究了共形阵的稳健自适应极化波束形成并在圆柱阵下仿真，验证该算法具有良好的稳健性。

创新点：

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期刊文献

J1基于矢量最优化的稳健波束形成方法

文章来源：

兵工学报

作者：

宋海岩、朴胜春、秦进平

当阵列导向矢量存在误差或接收信号采样样本数较少时,标准Capon波束形成（SCB）的性能会严重退化。

现有的提高稳健性的算法大都是针对导向矢量误差而提出的,很少考虑有限采样效应条件下的稳健性问题。

针对以上原因,从导向矢量误差和有限采样效应两个角度出发,引入矢量最优化概念,提出了基于矢量最优化的稳健波束形成（VORB）方法,进而提高SCB算法的稳健性,并通过二阶锥（SOC）规划理论对其进行求解。

文中还进一步推导了自适应权矢量的近似解析表达式,揭示了影响最优权矢量的各主要因素之间的关系,同时证明了该算法广义上属于对角加载类方法。

通过理论分析和计算机仿真研究,表明了VORB方法对自适应波束形成算法的稳健性有明显的改善:

在不同快拍数、信噪比（SNR）和导向矢量不确定度条件下,VORB方法的输出信干噪比（SINR）均较其他算法提高约5dB;在典型工况条件下,VORB具有更尖锐的谱峰,更低的旁瓣级（低至-15dB以下）。

外场试验数据处理结果表明,将VORB应用于实际工程进行空间谱估计,能够得到准确而稳健的高分辨方位估计结果。

创新点：

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J2粒子群算法在阵列天线方向图综合中的应用

文章来源：

西安电子科技大学学报

作者：

王维博、冯全源

针对目前粒子群优化算法在多零点低旁瓣约束的阵列天线方向图综合中早熟收敛、易陷入局部极值的问题,融合混沌优化算法和粒子群优化算法的优点,提出了一种新的混合优化算法.当种群进化停滞时,新算法在种群最优位置的邻域内进行混沌搜索以寻找更优解,其混沌搜索范围可自适应地调整.新的种群最优位置在更新其每一维分量时,选取不同的粒子作为学习对象,提高了粒子的多样性.将此算法应用于阵列天线方向图综合中,能有效地生成多零陷,并抑制旁瓣。

创新点：

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J3最差性能最优的稳健波束形成算法

文章来源：

西安电子科技大学学报

作者：

刘聪锋、廖桂生

基于最差性能最优的稳健波束形成算法可以等价转换成加载样本矩阵求逆（LSMI）算法.提出了一种新的求解方法,准确地计算出Lagrange乘数,给出了LSMI算法中的最优加载量,解决了对角加载技术中加载量估计难题.理论分析和计算机仿真表明,具有最优负加载的LSMI波束形成算法具有最优的性能改善,模约束参数选取得越大,性能改善越接近于最优.

创新点：

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外文文献

F1AComparativeStudyofModifiedParticleSwarmOptimization,DifferentialEvolutionandArtificialBeesColonyOptimizationinSynthesisofCircularArray

作者：

BananiBasuandG.K.Mahanti

Thispaperdescribesamethodofsynthesisofuniformcirculararraywithoptimizedspacingusingthreerecentsearchheuristics:

ModifiedParticleSwarmOptimization（MPSO）,DifferentialEvolution（DE）andArtificialBeesColony（ABC）algorithms.TheobjectiveoftheworkistogenerateapencilbeamwithminimumSideLobeLevel（SLL）andmaximumpossibleDirectivityforfixedhalfpowerbeamwidth（HPBW）.Excitationofindividualarrayelementsiscomputedusingthealgorithms.DynamicRangeRatio（DRR）ofcurrentamplitudedistributiondoesnotexceedaprefixedthresholdvalue.Phaseoftheindividualexcitationisfixedatzerodegree.Simulationresultsshowconsiderableenhancementsinarrayperformancesusingtheglobaloptimizers.Thepaperfinallyillustratesacomparativeevaluationofthethreeproposedalgorithmsregardingtheirapplicabilityasnumericaloptimizationtechniques.

创新点：

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F2AHybridIWO/PSOAlgorithmforPatternSynthesisofConformalPhasedArrays

作者：

Yan-YingBai,ShaoqiuXiao,ChangrongLiu,andBing-ZhongWang

Thiscommunicationintroducesahybridinvasiveweedoptimizationandparticleswarmoptimization（IWO/PSO）algorithmdedicatedtopatternsynthesisofconformalarrays.A39cylindricalconformalmicrostriparrayisstudiedtodemonstratetheproposedalgorithm.TheactiveelementpatternofeachelementintheconformalarrayisextractedandthephaseandamplitudeofeachexcitedvoltageareoptimizedtoachievetherequiredgoalsusingthehybridIWO/PSOalgorithm.Theresultsindicatethat,comparedwithstandardIWOandPSOalgorithms,theintroducedhybridalgorithmmaintainstherespectiveadvantagesoftheIWOandPSOalgorithmswhileexcludingtheirrespectivedeficiencies.Moreover,thehybridalgorithmisveryreliableinachievingglobaloptimality.

F3PatternSynthesisforArbitraryArraysUsinganAdaptiveArrayMethod

作者：

PhilipYuanpingZhouandMaryAnnIngramThispaperpresentsanewpatternsynthesisalgorithmforarbitraryarraysbasedonadaptivearraytheory.Withthisalgorithm,thedesignercanefficientlycontrolbothmainlobeshapingandsidelobelevels.TheelementweightsoptimizeaweightedL2normbetweendesiredandachievedpatterns.ThevaluesoftheweightingfunctionintheL2norm,interpretedasimaginaryjammersasinOlenandCompton’smethod,areiteratedtominimizeexceedanceofthedesiredsidelobelevelsandminimizetheabsolutedifferencebetweendesiredandachievedmainlobepatterns.Thesidelobecontrolcanbeachievedbyiterationonlyonsidelobepeaks.IncomparisontoOlenandCompton’smethod,thenewalgorithm