共形阵列天线单元极化形式的优化设计

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaApr．252011Vot32No．4693—701ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．eclu．cnH‘xb@buaa．edu．crt文章编号：1000-6893(2011)04—0693—09共形阵列天线单元极化形式的优化设计齐子森，郭英*，王布宏，侯文林空军工程大学电讯工程学院，陕西西安710077摘要：由于共形载体曲率的影响，共形阵列天线的阵列流形具有多极化特性。为了利用共形天线阵列流形的多极化特性，提升阵列对空间目标参数

2、的估计性能，将天线单元的极化参数引入到导向矢量建模中。更加完整地论述了共形天线阵列流形的特点。在此基础上。建立了优化设计天线单元极化形式的目标函数，基于交替优化思想。给出了共形阵列巾各天线单元最优极化形式的设计方法。以锥面共形阵列天线为例的计算机仿真实验表明，在给定阵列几何结构的前提下，通过优化天线单元的极化形式，可以有效提高阵列对空间信源方位参数估计的理论性能。关键词：共形阵列天线；导向矢量；极化；参数估计；理论性能中图分类号：V243．4；TNgll．7文献标识码：A天线单元对空间来波信号的响应由来波电场矢量在天线单元极化方向上的分量以及天线单元的

3、方向性函数共同决定¨】。极化匹配时，电场矢量与给定天线的极化方向一致，可获得最佳接收效果(本文不考虑接收天线阻抗匹配问题)。在经典阵列天线(如经典线阵、面阵等)中，天线单元方向图的法线指向一致，相同的天线单元具有相同的极化形式。所以，利用经典阵列天线对空间信源进行参数估计时，无需考虑单元极化形式的差异。在共形阵列天线[2J中，受共形载体曲率的影响，各天线单元方向图法线指向不一致，使得处于不同空间位置的相同天线单元表现出的极化状态并不完全一致，即共形天线的阵列流形表现出多极化(PolarizationDiversity)特点。国内外学者针对共形阵列天线的

4、特殊性，展开了广泛的研究并取得了丰硕的成果L3。11。。已有研究成果可分为两类：①基于简化阵列流形建模的共形阵列天线参数估计睁6]与性能分析[7u83；②针对共形天线阵列流形多极化特点的数据建模[9]、方向图综合【1oJ以及波达方向(Direction-of-arrival，DOA)估计技术⋯]。其中，文献E3]和文献[4]利用虚拟阵列流形变换预处理的方法将共形阵列虚拟变换为经典均匀线阵，弱化了天线方向图对DOA估计算法的影响，但是虚拟阵列流形变换的内插精度和有限的阵列视场(Field-of-view，FOV)限制了算法的具体应用。文献[5]中利用序列

5、采样方法，减少了阵列接收通道，实现了信号极化状态与DOA的联合估计。文献[7]分析比较了共形阵列中经典DoA估计算法的性能，但在导向矢量的建模中忽略了单元方向图和极化状态差异的影响。为了充分考虑共形阵列天线的特点，文献[9]基于欧拉旋转变换思想，在完成天线单元方向图从阵元局部坐标系向阵列全局坐标系转换的基础上，给出了共形天线阵列流形建模的统一方法，为共形阵列天线信号收稿日期：2010-07-13；退修日期：2010-10．19；录用日期：2010．11-29；网络出版时间：2010-12—1317：57网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／

6、detail／11．1929．V．20101213．1757004．№IDOI：CNKI：11-1929／V20101213．1757．004基金项目：嗣家自然科学基金(60601016)l陕西省自然科学基础研究计划(2010J08003，2010JM8037)；陕西省电子信息系统综合集成重点实验室基金(201110Y09．2011i0Y10)*通讯作者．Tel。：029．84791763E．．mail；Guoying_dsp@sina．corn摹}月豢武l齐子森．郭英。王专宏．等?共形阵列天线单元极化形武的往亿设计f∞÷航空学授．2011．32(4)

7、：693-701joZisen。GUoYing。WangBuhong·eta1．OptirnaldesignforcotYom'tNarrayantennaswithrespedtoelementpolarizationL山．ActaAeronauticaetAs-tronautica8inica．20¨，32(4)：693．701．航空学报Apr252011V01．32No．4处理技术的研究奠定了基础。文献[11]针对锥面共形载体的特殊性。通过阵元排列设计，将信源角参数与极化参数去耦合，实现了盲极化的D()A估计，但是所提算法仅适用于锥面共形阵列天线

8、。由以上分析可知。对共形阵列天线窄间目标方位参数估计理论的已有研究均以克服天线单元极化形式的多