基于序列二次規(guī)劃的低旁瓣線性稀布陣列天線優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于序列二次規(guī)劃的低旁瓣線性稀布陣列天線優(yōu)化方法，主要解決現(xiàn)有方法迭代速度慢和無法進(jìn)一步降低線性稀布陣列天線方向圖旁瓣的問題。其實(shí)現(xiàn)過程是：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定線性稀布陣列天線的天線孔徑、陣元個(gè)數(shù)和主瓣寬度；（2）根據(jù)陣列天線的主瓣寬度和實(shí)際需求，確定需要進(jìn)行旁瓣抑制的離散角頻率范圍；（3）根據(jù)天線孔徑、陣元個(gè)數(shù)和離散角頻率范圍，構(gòu)造線性稀布陣列天線的目標(biāo)函數(shù)和約束條件；（4）根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和約束條件，使用序列二次規(guī)劃算法求解得到陣元的位置向量和權(quán)向量。本發(fā)明具有迭代速度快和進(jìn)一步降低線性稀布陣列天線方向圖旁瓣的優(yōu)點(diǎn)；可用于線性稀布陣列天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
【專利說明】基于序列二次規(guī)劃的低旁瓣線性稀布陣列天線優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于天線【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種陣列天線優(yōu)化方法，用于降低線性稀布陣列天線方向圖的旁瓣。
【背景技術(shù)】
[0002]線性稀布陣列天線因?yàn)槠浞蔷鶆蛳∈璨缄嚨奶攸c(diǎn)，天線孔徑相對(duì)較大，波束較窄，分辨率較高，已被應(yīng)用于雷達(dá)、通信電子系統(tǒng)等領(lǐng)域。但它與相同孔徑的均勻間隔布陣天線比較，其旁瓣電平較高。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，較高的旁瓣電平可能會(huì)在有干擾信號(hào)的情況下導(dǎo)致測(cè)角出錯(cuò)。因此如何優(yōu)化設(shè)計(jì)線性稀布陣列天線的陣元位置使得線性稀布陣列天線在滿足較窄主瓣波束寬度的同時(shí)也能滿足較低的旁瓣電平，是一個(gè)值得研究的問題。
[0003]實(shí)際上，上世紀(jì)六十年代至九十年代初，就對(duì)線性稀布陣列天線的優(yōu)化布陣開展了大量的研究，研究的主要對(duì)象是陣元在規(guī)則柵格上的稀疏陣列，柵格間距為半個(gè)波長或四分之一波長，采用的優(yōu)化方法有廣義的非線性最小最大優(yōu)化法、擴(kuò)展投影法和基于計(jì)算機(jī)的數(shù)值綜合方法等。但是，由于受計(jì)算機(jī)技術(shù)水平不高的限制，上述方法的性能有限，只能解決陣元個(gè)數(shù)較少時(shí)線性稀布陣列天線的優(yōu)化問題。自上世紀(jì)九十年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，依賴計(jì)算機(jī)技術(shù)的現(xiàn)代計(jì)算智能方法被廣泛應(yīng)用于線性稀布陣列天線優(yōu)化問題。典型的算法有遺傳算法、模擬退火算法、粒子群算法以及這三種算法的改進(jìn)算法等。遺傳算法、模擬退火算法和粒子群算法都是隨機(jī)搜索算法，可以有效降低稀布陣列天線方向圖的旁瓣。但是，這三種方法迭代速度慢，耗時(shí)長。并且現(xiàn)有的研究只考慮了線性稀布陣列天線陣元位置的優(yōu)化問題，沒有考慮線性稀布陣列天線的陣元位置和權(quán)值聯(lián)合優(yōu)化的問題，造成線性稀布陣列天線方向圖的旁瓣無法進(jìn)一步降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有方法的缺點(diǎn)，提出了一種基于序列二次規(guī)劃的低旁瓣線性稀布陣列天線優(yōu)化方法，以加快線性稀布陣列天線的優(yōu)化速度，進(jìn)一步降低線性稀布陣列天線方向圖的旁瓣。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:以最小化線性稀布陣列天線方向圖的峰值旁瓣電平為準(zhǔn)貝U，在天線孔徑、陣元間距、天線主瓣寬度、掃描角頻率范圍和信噪比損失的約束下，使用序列二次規(guī)劃算法求解得到線性稀布陣列天線的陣元位置和權(quán)向量，其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下:
[0006]I)根據(jù)線性稀布陣列天線的設(shè)計(jì)要求，確定線性稀布陣列天線的天線孔徑D、陣元個(gè)數(shù)Na以及陣列天線方向圖的主瓣寬度fw = 2/D ；
[0007]2)根據(jù)實(shí)際需要確定線性稀布陣列天線進(jìn)行旁瓣抑制的角度范圍[_ Θ _，Θ _]，由最大角度值θ_和陣列天線方向圖的主瓣寬度匕，確定需要進(jìn)行旁瓣抑制的歸一化角頻率范圍[fw/2，fmax]，其中，fmax = 0.5sin( Θ max)為最大角度值Θ max的歸一化角頻率；
[0008]3)將歸一化角頻率范圍[fw/2，fmax]均勻`離散化，得到離散角頻率范圍
其中，L i = 1，2，...，Nf為離散角頻率，Nf為離散角頻率的個(gè)數(shù)；[0009]4)根據(jù)步驟I)得到的線性稀布陣列天線的天線孔徑D、陣元個(gè)數(shù)Na和步驟3)得到的離散角頻率范圍f，構(gòu)造線性稀布陣列天線優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和約束條件:
【權(quán)利要求】
1.一種基于序列二次規(guī)劃的低旁瓣線性稀布陣列天線優(yōu)化方法，包括如下步驟: 1)根據(jù)線性稀布陣列天線的設(shè)計(jì)要求，確定線性稀布陣列天線的天線孔徑D、陣元個(gè)數(shù)Na以及陣列天線方向圖的主瓣寬度fw = 2/D ； 2)根據(jù)實(shí)際需要確定線性稀布陣列天線進(jìn)行旁瓣抑制的角度范圍[_θ_，θ_]，由最大角度值θ_和陣列天線方向圖的主瓣寬度匕，確定需要進(jìn)行旁瓣抑制的歸一化角頻率范圍[fw/2，fmax]，其中，fmax = 0.5sin( Θ max)為最大角度值Θ max的歸一化角頻率； 3)將歸一化角頻率范圍[fw/2，fmax]均勻離散化，得到離散角頻率范圍
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于序列二次規(guī)劃的低旁瓣線性稀布陣列天線優(yōu)化方法，其中步驟5)所述的使用序列二次規(guī)劃算法進(jìn)行編程求解，得到線性稀布陣列天線最終的陣元位置向量f和權(quán)向量訪，按如下步驟進(jìn)行: 5a)確定循環(huán)次數(shù)N，設(shè)置最高旁瓣標(biāo)志F為無窮大，設(shè)置兩個(gè)臨時(shí)向量T1和T2,并設(shè)置臨時(shí)向量T1和T2內(nèi)的元素全部為O ; 5b)初始化陣元位置向量β和權(quán)向量W:為陣元位置向量β中的每個(gè)元素設(shè)置一個(gè)隨機(jī)的數(shù)值，數(shù)值的取值應(yīng)大于等于I且所有數(shù)值的和為D ;為權(quán)向量W中的每個(gè)元素設(shè)置一個(gè)大于O的隨機(jī)值； 5c)將初始陣元位置向量β和權(quán)向量W帶入步驟4)中的目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)約束條件，調(diào)用序列二次規(guī)劃算法搜索使目標(biāo)函數(shù)值最小的陣元位置向量β和權(quán)向量W，得到本次循環(huán)的優(yōu)化結(jié)果，即優(yōu)化后的陣元位置向量和權(quán)向量W'； 5d)比較本次優(yōu)化結(jié)果的目標(biāo)函數(shù)值與最高旁瓣標(biāo)志F的大小，如果本次優(yōu)化結(jié)果的目標(biāo)函數(shù)值小于最高旁瓣標(biāo)志F，則清空臨時(shí)向量T1和T2，保存本次優(yōu)化結(jié)果，即臨時(shí)向量T1= β'，臨時(shí)向量T2 = W'，并且使最高旁瓣標(biāo)志F等于本次優(yōu)化結(jié)果的目標(biāo)函數(shù)值；否貝U，忽略本次優(yōu)化結(jié)果； 5e)返回步驟5b)直到循環(huán)N次后結(jié)束，得到最 終的陣元位置向量孩=T1和權(quán)向量W = T2。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103810325SQ201410007388
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】劉宏偉, 周生華, 臧會(huì)凱, 曹運(yùn)合, 嚴(yán)俊坤 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)