水利工程用探地雷達陣列天線優(yōu)化方法研究.pdf

1、作為重要的水利工程，水庫大壩在國家的經(jīng)濟發(fā)展和生產(chǎn)安全中有舉足輕重的地位。由于歷史問題，一些水庫大壩施工質(zhì)量不高，加上長時間的使用，大多存在滲水、漏水的問題，不僅造成了水資源的浪費，而且對人民的生命財產(chǎn)以及國家的生產(chǎn)安全帶來了極大的威脅。為了避免這些事情的發(fā)生，就要做好日常的檢測，其中探地雷達是比較方便的一種無損檢測方法，相比于其他方法，探地雷達具有操作便捷、對檢測區(qū)域無傷害、檢測效果明顯等優(yōu)點。為了得到好的檢測結(jié)果，就要求探地雷達有合

2、理的天線設計，本文主要針對探地雷達陣列天線的優(yōu)化方法展開了研究。
　　首先，介紹了探地雷達電磁波的傳播特點，從麥克斯韋方程入手，結(jié)合本構(gòu)關(guān)系，以及傳播介質(zhì)的電性和磁性，分析了電磁波在傳播過程中的損耗以及反射折射的規(guī)律。
　　其次，對探地雷達進行了機理分析，介紹了天線中心頻率、時窗、采樣率、測量點距等參數(shù)的選擇對探地雷達分辨率和深度的影響。在此基礎上，根據(jù)Yee網(wǎng)格離散化的原則，利用MATLAB建立二維壩基滲漏模型并進行正演模

3、擬，模擬結(jié)果表明，對于深度為5～6米的目標，100MHz的探測結(jié)果在成像效果和分辨率上比較優(yōu)秀。
　　然后，介紹了基本蟻獅優(yōu)化算法(ALO)并提出了改進的混沌蟻獅優(yōu)化算法(CALO)。在蟻獅優(yōu)化算法的初始化方面，通過對比不同的概率密度分布函數(shù)，選定威布爾分布，提升了算法的收斂速度。由于混沌搜索有助于自適應參數(shù)提升陷阱坑收縮的速度，在威布爾分布的基礎上，引入了混沌自適應因子，提出了混沌蟻獅優(yōu)化算法，極大程度避免算法陷入局部最優(yōu)，從而

4、找到最優(yōu)解，提升收斂精度。
　　最后，將提出的CALO算法應用到天線陣列的優(yōu)化中，對于不同拓撲結(jié)構(gòu)的線性陣列天線(LAA)和圓形陣列天線(CAA)，選定不同的條件參數(shù)，例如第一零點波束寬度(FNBW)的選擇和零點的疊加等等。對具有不同元素數(shù)量的LAA和CAA優(yōu)化其激勵振幅和元素間距，從優(yōu)化結(jié)果可以看出，采用CALO算法同其他元啟發(fā)式算法的優(yōu)化結(jié)果應用于天線陣列的結(jié)果進行對比?？梢钥闯?，CALO算法有明顯的優(yōu)勢，天線陣列副瓣峰值(S