基于改进粒子群算法的阵列天线误差校正的研究

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阵列天线是由多个工作在相同频率的天线阵元组合而成的天线,当阵列天线出现误差不能正常工作时,将会影响到整个通信系统的运行,为了保证阵列天线应用的可靠性,必须准确的找出阵列天线出现误差的具体原因和位置,并对阵列天线出现的误差进行校正处理。因此,研究阵列天线误差校正方法具有极为重要的意义。本文首先着重介绍了阵列通道的幅相误差、阵列阵元间的位置误差和阵列阵元间的互耦误差等三种阵列天线较为常见的误差现象,以及这三种阵列误差模型的建立方法。在此基础上对阵列误差参数类校正方法,即有源校正和自校正进行了对比,重点分析了遗传算法和萤火虫算法两种种群优化算法在阵列误差校正中的应用。其次,讨论了阵列方向图低副瓣技术。从简单易实现的窗函数低副瓣技术开始介绍,接着对比分析了传统的方向图综合法低副瓣技术,最后给出阵列天线低副瓣波束方向图形成的工程应用流程。其中重点研究了布拉克曼加权和余弦m次方加权两种窗函数低副瓣技术,及切比雪夫综合法和泰勒综合法两种方向图综合法低副瓣技术,并对他们进行了仿真,通过比较阵列方向图主要波束参数,来判断低副瓣效果,对比分析几种阵列方向图低副瓣技术的优劣性。最后基于粒子群算法,提出一种新的阵列天线误差校正方法,并结合上述的阵列方向图低副瓣技术,实现阵列天线低副瓣波束赋形。传统的粒子群算法有概念简单、精度高和容易实现的优点,但也存在易陷入局部最优的缺陷,这一缺陷使得粒子群算法的应用受到极大的约束,比如将粒子群算法应用到阵列天线的误差校正中,得到的校正波束方向图效果不明显且不稳定。针对粒子群算法的这一缺点,本文提出了一种局部优化的改进粒子群算法,这种算法具有避免算法早熟收敛、加快收敛速度的特点。将这种局部优化的粒子群算法应用到阵列天线的误差校正中,通过仿真验证,结果表明这种算法能有效校正阵列天线的误差,并且结合阵列方向图低副瓣技术,能实现阵列天线低副瓣波束赋形。
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