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现代战场环境的复杂多样对已有的高精度导引头系统提出了更高的要求,为了更好的截获目标,多制式的复合导引头因其可以利用不同频段的特性或者多种工作原理等优势性能指标而成为未来导引头系统的一个重要发展方向。本文研究的非均匀阵列天线阵因子方向图的综合方法就是为了复合导引头的研制工作提供条件,解决这一制约复合导引头设计的瓶颈问题。
文章以正在研制设计的几种复合导引头天线形式为基础,首先比较了均匀阵列和非均匀阵列方向图的不同,特别关注了阵因子副瓣电平这一指标。比较中分线阵和面阵分别进行比较,观察分析非均匀阵列阵因子的副瓣电平随着空缺阵元的位置和数量的不同的变化情况,并总结规律:无论是线阵还是面阵,空缺阵元的位置越靠近阵列中心则阵因子的副瓣越高,空缺阵元的数量越多则阵因子的副瓣越高,反之亦然。
基于非均匀阵列阵因子表现出来的特性,很明显经典设计方法已经不能对阵因子方向图进行控制,所以文章将阵因子方向图的设计问题回到了最原始的数学模型,并加以分析。通过对原始阵因子模型的分析,发现对于要优化的副瓣电平可以看作是关于阵元幅度激励的多元函数,将阵因子设计问题转变为函数优化问题进行解决。再进一步的分析这一数学模型,发现对于阵因子副瓣电平的优化属于优化问题中NP问题,其优化目标副瓣电平关于阵元幅度激励没有明确的表达式,但可以知道其函数的连续性和导数的性质,基于以上的分析文章采用遗传算法对阵因子副瓣进行优化。
对于非均匀阵列,无论线阵还是面阵,其阵因子的副瓣由于部分阵元的空缺而有界,这是跟均匀阵列的最大不同,也成为非均匀阵列设计的瓶颈所在。文章利用遗传算法通过足够长的计算时间来优化得到各种非均匀阵列的副瓣电平的极限情况,并令其为可接受条件下的最优值。观察比较总结这些最优值,优化得到的结果与之前对非均匀阵列阵因子的分析相对应,得到类似的结论:空缺阵元的位置越靠近阵列中心其副瓣最优值越大,空缺阵元的数量越多其副瓣最优值越大,反之亦然。
对于非均匀阵列的设计优化,文章最后还考虑到具体工程实践的一些问题,利用遗传算法在对副瓣电平优化的同时还优化了阵元幅度激励、方向性系数等参数,并对阵因子进行了灵敏度分析,使得优化得到的阵元分布能够更好的用于实际工程中,并在文章最后给出了几种可以采用的复合天线形式,并给出了优化得到的幅度分布。