卫星导航多模天线设计及自适应波束形成算法研究

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论文在对卫星导航多模天线理论研究与分析的基础上，介绍了两种形式多模天线的设计过程；为了增强卫星导航多模天线的抗干扰能力，研究了自适应天线阵中各个单元之间的互耦效应影响，提出了一种改进的自适应天线波束形成算法。第一章综述了当今世界卫星导航系统的发展情况，明确了研究发展卫星导航多模天线是开发卫星导航多模接收机系统的必然要求。开发多模接收机系统是提高卫星导航系统抗干扰能力的途径之一。随着卫星导航技术的发展，这一技术越来越来渗入到人们生活的许多方面，甚至关系到国家的战略安全，对卫星导航系统的干扰技术也同时快速发展。天线系统是信号进入卫星导航接收机系统的门户，提高卫星导航接收机天线系统的性能，研究具有抗干扰性能的自适应天线，可以将干扰信息拒之门外，对于提高卫星导航接收机系统抗干扰性能是一个便捷之路。第二章理论研究了设计卫星导航多模天线所需的相关技术，明确了目前广泛使用单点馈电切角圆极化矩形微带贴片天线是一种窄带特性的天线，不能用作卫星导航多模天线的开发形式。首先对微带贴片天线的多种理论分析方法进行总结，指出各自的优缺点，然后利用腔模理论分析研究了单点馈电切角圆极化矩形微带贴片天线的圆极化性能，得出了其带宽特性的变化规律。卫星导航天线的多模特性具体表现为天线的宽带宽特性、宽波束特性和较高的低仰角增益特性。针对微带贴片天线，研究了实现天线宽带宽、宽波束和高低仰角增益的技术。第三章在前面理论分析的基础上，选取圆环形微带贴片天线形式作为多模天线的设计方案。在方案设计时引入空气介质层、微带短枝节匹配技术，用单点馈电技术实现了天线的多模特性，仿真结果证明了该设计能够满足多模天线的性能指标要求。运用电磁场理论，推导了带状线的场分布公式，在不影响场分布的前提下，仿真得到了带状线上下地板尺寸与中间导体带尺寸的关系，为设计带状线功分器提供了方便。将介质天线技术与不完整地结构应用到圆环形微带贴片天线设计中，设计了一个带状线馈电网络四点馈电的圆环形微带贴片天线，仿真数据证明该天线具有良好的多模特性。对实验天线的测试数据与仿真数据进行了比较分析，指出了误差形成的原因，提出了改进建议。第四章仿真研究了自适应天线阵中各个天线单元之间互耦效应的影响，研究了互耦效应条件下天线单元阻抗特性和辐射方向图的变化规律，提出了一种分析互耦效应的混合传输线模型。第五章首先对自适应波束形成算法进行了综述，指出粒子群算法的主要缺点在于其局部收敛性。然后，将复数编码概念引入到粒子群算法中，构造了一种局部收敛状态的逃出技术，提出了一种全局收敛性能较好的改进粒子群算法，并将其应用到自适应波束形成中，结合一个实例验证了改进粒子群算法具有很好的抗干扰性。