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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

单一天线的方向性是有限的，为适合各种场合的应用，将工作在同一频率的两个或两个以上的单个天线，按照一定的要求进行馈电和空间排列构成天线阵列，也叫天线阵。构成天线阵的天线辐射单元称为阵元。天线阵列被广泛应用于通信、雷达、声呐、地震勘探和射电天文等领域，起到了无线电波传播的作用，是有效地辐射和接收无线电波必不可少的装置。天线阵列具有增益高、方向性强、波束可扫描等显著优势，可明显提高探测和跟踪目标的可靠性、稳定性和实时性^[1]。

在实际应用中，随着天线阵列中阵元数量增多，系统复杂程度提高^[2]，加之存在器件老化、自然环境恶劣等因素，天线阵列不可避免地会出现阵元失效。当若干天线阵列中的阵元出现故障时，发射阵列中的一些阵元不能将能量辐射到空间中，这不仅会导致阵列响应的失真和天线阵列特定方向增益的减小，而且还会提高发射波束图的旁瓣电平。当故障阵元位于线性阵列的两端时，对波瓣性能影响较小；而当故障阵元位于线性阵列的中间时，波瓣性能受到严重影响，阵列中的故障阵元输出的目标信号为零，并且叠加不规则的噪声^[3]。更换阵元时解决天线阵列阵元失效最直接的方法，能从根本上解决阵元失效带来的天线系统性能下降的问题，这种方法具有最佳的性能补偿效果，然而更换阵元的前提是失效阵元的数量和位置已知。当天线阵列失效时，如果通过人工逐个测量每个天线单元进行诊断，会耗费大量的时间和人力成本，效率不高。为了解决人工检测失效阵元所存在的问题，快速寻找失效阵元的数量及位置，学者提出的基于近场和远场故障阵元诊断方法都需要使用波导探头来采集天线阵列的场数据，波导探头的使用不仅增加硬件成本，且会干扰被测量场，同时对探头被固定的位置要求较高。因此，在不使用波导探头的情况下研究准确而快速的天线阵列故障阵元诊断方法具有重要的理论意义与实际价值。

2. 研究的基本内容

为了改善阵元失效阵列的性能，快速寻找失效阵元的数量及位置，本文拟采用数字图像处理中的理论对天线阵列中的故障阵元位置进行诊断，通过设计一种基于图像锐度、对比度等图像质量评价因素来评价图像清晰度从而诊断天线故障阵元的可行方法，将天线线性阵列输出信号矩阵进行取模处理，则取模后的数据矩阵等效于灰度图像的数据矩阵，通过设定合适的阈值作为检测门限，根据低于门限的阈值的序号来诊断出天线阵列中故障阵元的位置。此方法计算量较低、实时性较高。在故障阵元数目较多和故障阵元位置任意的情况下仍然能有效实现缺损阵元位置的诊断，适用性强，应用范围广。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案：

本文研究一种基于图像质量评价的天线阵列故障阵元诊断方法，从而快速有效地诊断出天线阵列中阵元失效位置。将天线阵列接收信号矩阵进行取模处理，则取模后的数据矩阵等效于灰度图像的数据矩阵。由图像质量评价中的清晰度理论可知，正常阵元对应图像块的清晰度好于缺损阵元对应图像块的清晰度，计算各阵元对应图像块的质量评价值（如锐度、对比度等），然后通过设定合适的检测门限，检测出异常质量评价值的位置，从而诊断出故障阵元的位置。

4. 参考文献

[1] 李玮，邓维波，杨强，marco donald migliore．阵列失效单元平面近场非凸压缩感知诊断方法[j/ol]．系统工程与电子技术.

[2] 李玮, 邓维波, 杨强. 采用压缩感知的阵列失效单元诊断方法[j]. 西安电子科技大学学报(自然科学版), 2018, 45(2).