面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，包括：确定稀疏排布阵列天线的结构参数、电磁工作参数和稀疏排布矩阵，给出初始激励电流幅度加权方案；计算稀疏阵中相邻两个辐射单元在目标处的辐射场空间相位差，得到稀疏排布阵列天线的辐射场口面相位差；计算稀疏排布阵列天线的辐射场方向图；计算稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平；根据天线设计要求，判断是否满足，若不满足，计算得到最低最大副瓣电平值，通过选择、交叉和变异方法更新阵列天线单元的激励幅度加权方案，重复计算，直至满足要求。本发明专利技术克服了疏排布阵列天线低副瓣性能实现的空缺，能够快速、有效地得到满足低副瓣要求的激励电流幅度加权方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达天线领域，具体涉及稀疏排布阵列天线辐射场低副瓣的实现方法，可用于指导稀疏排布阵列天线激励电流幅度的快速确定。
技术介绍
天线在通信、广播、电视、雷达和导航等无线电系统中被广泛的应用，起到了传播无线电波的作用，是有效地辐射和接受无线电波必所不可少的装置。而随着科技的发展，普通的天线已经不足以满足需求，特别是军事领域中的制导武器、电子对抗等，更是对雷达天线提出了严格的要求。阵列天线因其可靠性高、功能多、探测和跟踪能力高等优势，已经广泛应用于各种雷达系统中并成为当今雷达发展的主流，特别是在先进的战斗机综合电子信息系统中得到了很好地应用。但是，天线首先是为了满足人们探测与通信的要求而出现的，随着科技的发展，天线被越来越多地用于战场侦察与通讯，而天线作为一种侦查设备，其本身与隐身是矛盾的。所以稀疏排布阵列天线的提出，有效的解决了这一矛盾，它能够使天线在满足侦查功能的前提下尽可能大的提高武器平台的隐身性能，即降低其雷达散射截面(RCS)，具有很大的研究意义。近年来，天线在雷达、电子侦察和声呐等方面应用日益广泛，但也正是由于应用的广泛性，使得这些应用对天线波束的副瓣提出了更高的要求。在阵列天线的系统性能中，天线的副瓣性能是很重要的一个方面。阵列天线的副瓣特性在很大程度上决定了雷达的抗干扰、抗反辐射导弹及杂波抑制等战术性能。通过降低波束的副瓣电平，可以降低副瓣带来的杂波干扰，有效地增加系统的抗干扰能力，也使得期望信号的接收和发射能力得到提升，所以研究稀疏排布阵列天线的低副瓣实现方法具有很大的意义。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是针对稀疏排布阵列天线低副瓣研究存在空缺，现有满阵低副瓣实现方法不适用于稀疏排布阵列天线而提出的。本专利技术提供了一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，此方法基于遗传算法，可以实现稀疏排布阵列天线的低副瓣性能。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，包括下述步骤：(1)根据平面矩形栅格阵列天线的基本结构，确定天线的结构参数以及电磁参数，确定出稀疏排布阵列天线的稀疏排布矩阵，并给出该稀疏排布阵列天线的初始激励幅度加权方案；(2)计算稀疏排布矩阵中相邻的两个辐射单元在目标处的辐射场空间相位差，进而得到稀疏排布阵列天线的辐射场口面相位误差；(3)结合稀疏排布矩阵中天线单元的辐射单元方向图和初始激励幅度加权方案，分别计算在激励幅度加权方案下该稀疏排布阵列天线的辐射场方向图；(4)根据稀疏排布阵列天线的辐射场方向图函数，分别计算在激励幅度加权方案下该稀疏排布阵列天线的增益方向图函数，并最终由增益方向图函数计算稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平；(5)根据天线设计要求，判断当前所有激励幅度加权方案下稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平中是否有满足低副瓣要求的，如果有满足要求的，则最大副瓣电平最低的那个激励幅度加权方案即为实现阵列天线辐射场低副瓣的最优激励幅度加权方案；否则，根据所有方案中计算得到的最低的最大副瓣电平值，通过选择、交叉和变异的方法更新阵列天线单元的激励幅度加权方案，重复步骤(2)至步骤(4)，直到满足要求为止。步骤(1)中，天线的结构参数包括阵面辐射单元的行数M、列数N和阵元间距；电磁参数包括天线的工作频率f及其工作波长λ。步骤(1)中，确定出稀疏排布阵列天线的稀疏排布矩阵，包括：稀疏排布阵列天线的稀疏性用一个按天线单元位置编号存储“0”或“1”的矩阵T来表示，“0”代表该位置上无天线单元，“1”代表该位置上有天线单元；根据该稀疏排布阵列天线的稀疏矩阵T，随机确定出100种初始的激励电流幅度分布方案，每种方案都是一个与天线阵同样维度的二维矩阵I，即这样的激励电流幅度分布矩阵I共有100个，分别记为I1,I2,...,I99,I100。步骤(2)按如下过程进行：(2a)假设一个稀疏排布阵列天线，在其为满阵时共有M×N个天线单元按照等间距矩形栅格排列，天线单元在x向和y向的间距分别是dx和dy，目标相对于坐标系O-xyz所在的方向以方向余弦表示为(cosαx,cosαy,cosαz)，则目标相对于坐标轴的夹角与方向余弦的关系为：(2b)对于在满阵情况下的阵列天线，其第(m,n)个天线单元的设计坐标为(m·dx,n·dy,0)，所以天线相邻两辐射单元间在目标处沿x轴、y轴和z轴的辐射场空间相位差分别为：其中，辐射场空间波常数k＝2π/λ，λ为工作波长，k为辐射场空间波常数，n、m分别为当前计算的天线单元所在列和行的数值，x00、y00分别为位于坐标原点的天线单元的x方向和y方向坐标；而第(0,0)个天线单元的实际坐标为(0,0,0)，因此第(m,n)个天线单元相对于第(0,0)个天线单元的辐射场相位差为：(2c)将阵面内每个天线单元相对与参考天线单元(0,0)的相位差按其位置编号存储在一个矩阵相应的位置上，该矩阵即表示此稀疏排布天线口面的辐射场相位差。步骤(3)按如下过程进行：(3a)应用步骤(1)得到的表示天线稀疏性的矩阵T，以及步骤(2b)得到的天线辐射场口面相位差ΔΦmn，根据方向图乘积原理和阵列天线远场叠加原理，可以得到稀疏排布阵列天线辐射场方向图函数为：其中，为天线单元在自由空间的方向图，I(m,n)为激励电流幅度分布矩阵I的第m行第n列元素即第(m,n)个天线单元激励电流幅度，T(m,n)为矩阵T的第m行第n列元素，j为一个虚数，(3b)利用步骤(3a)得到的稀疏排布阵列天线远场方向图函数，计算出天线远场区域某点的电场值；改变的数值，重复计算过程，得出远场区域某个具体范围内的所有点的电场值，将场值取对数，计算出稀疏排布阵列天线远场某区域范围的方向图。步骤(4)按如下过程进行：(4a)根据稀疏排布阵列天线辐射场方向图函数利用下列公式，可以计算得到稀疏排布阵列天线辐射场的增益方向图函数(4b)根据增益方向图函数计算出当前激励电流幅度分布下稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平值PSLL；阵列天线副瓣电平即增益方向图中的各个拐点对应的增益值；对于平面，为得到增益方向图函数的拐点，令方向图函数的一阶导数为零，二阶导数小于零，即其中，θp＝[θ1,θ2...θP]为辐射方向图中除主瓣外的各个拐点对应的方位角，P为辐射方向图中的拐点总数；由此可以得到辐射方向图中的各个副瓣为：从而得到辐射方向图中的最大副瓣电平为：其中为第当前激励电流幅度分布下稀疏排布阵列天线的平面辐射场最大副瓣电平对应的方位角。步骤(5)按如下过程进行：(5a)判断在当前激励电流幅度分布下稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平PSLL是否能满足所要实现的稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平值PSLLD，PSLL<PSLLD若满足，那么当前激励电流幅度分布即为可实现稀疏排布阵列天线辐射场低副瓣的激励电流幅度分布方案；若有多种激励电流幅度分布方案满足低副瓣要求，那么在这些方案中，最大副瓣电平值最低的激励电流幅度分布方案即使最优的激励电流幅度分布；(5b)若不满足要求，通过选择、交叉和变异的方法更新阵列天线单元的激励幅度加权方案。所述通过选择、交叉和变异的方法更新阵列天线单元的激励幅度加权方案，通过下述方法实现：取适应度函数为fitness＝|本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)根据平面矩形栅格阵列天线的基本结构，确定天线的结构参数以及电磁参数，确定出稀疏排布阵列天线的稀疏排布矩阵，并给出该稀疏排布阵列天线的初始激励幅度加权方案；(2)计算稀疏排布矩阵中相邻的两个辐射单元在目标处的辐射场空间相位差，进而得到稀疏排布阵列天线的辐射场口面相位误差；(3)结合稀疏排布矩阵中天线单元的辐射单元方向图和初始激励幅度加权方案，分别计算在激励幅度加权方案下该稀疏排布阵列天线的辐射场方向图；(4)根据稀疏排布阵列天线的辐射场方向图函数，分别计算在激励幅度加权方案下该稀疏排布阵列天线的增益方向图函数，并最终由增益方向图函数计算稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平；(5)根据天线设计要求，判断当前所有激励幅度加权方案下稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平中是否有满足低副瓣要求的，如果有满足要求的，则最大副瓣电平最低的那个激励幅度加权方案即为实现阵列天线辐射场低副瓣的最优激励幅度加权方案；否则，根据所有方案中计算得到的最低的最大副瓣电平值，通过选择、交叉和变异的方法更新阵列天线单元的激励幅度加权方案，重复步骤(2)至步骤(4)，直到满足要求为止。...

【技术特征摘要】
1.一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)根据平面矩形栅格阵列天线的基本结构，确定天线的结构参数以及电磁参数，确定出稀疏排布阵列天线的稀疏排布矩阵，并给出该稀疏排布阵列天线的初始激励幅度加权方案；(2)计算稀疏排布矩阵中相邻的两个辐射单元在目标处的辐射场空间相位差，进而得到稀疏排布阵列天线的辐射场口面相位误差；(3)结合稀疏排布矩阵中天线单元的辐射单元方向图和初始激励幅度加权方案，分别计算在激励幅度加权方案下该稀疏排布阵列天线的辐射场方向图；(4)根据稀疏排布阵列天线的辐射场方向图函数，分别计算在激励幅度加权方案下该稀疏排布阵列天线的增益方向图函数，并最终由增益方向图函数计算稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平；(5)根据天线设计要求，判断当前所有激励幅度加权方案下稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平中是否有满足低副瓣要求的，如果有满足要求的，则最大副瓣电平最低的那个激励幅度加权方案即为实现阵列天线辐射场低副瓣的最优激励幅度加权方案；否则，根据所有方案中计算得到的最低的最大副瓣电平值，通过选择、交叉和变异的方法更新阵列天线单元的激励幅度加权方案，重复步骤(2)至步骤(4)，直到满足要求为止。2.根据权利要求1所述的一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，步骤(1)中，天线的结构参数包括阵面辐射单元的行数M、列数N和阵元间距；电磁参数包括天线的工作频率f及其工作波长λ。3.根据权利要求1所述的一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，步骤(1)中，确定出稀疏排布阵列天线的稀疏排布矩阵，包括：稀疏排布阵列天线的稀疏性用一个按天线单元位置编号存储“0”或“1”的矩阵T来表示，“0”代表该位置上无天线单元，“1”代表该位置上有天线单元；根据该稀疏排布阵列天线的稀疏矩阵T，随机确定出100种初始的激励电流幅度分布方案，每种方案都是一个与天线阵同样维度的二维矩阵I，即这样的激励电流幅度分布矩阵I共有100个，分别记为I1,I2,...,I99,I100。4.根据权利要求1所述的一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，步骤(2)按如下过程进行：(2a)假设一个稀疏排布阵列天线，在其为满阵时共有M×N个天线单元按照等间距矩形栅格排列，天线单元在x向和y向的间距分别是dx和dy，目标相对于坐标系O-xyz所在的方向以方向余弦表示为(cosαx，cosαy，cosαz)，则目标相对于坐标轴的夹角与方向余弦的关系为：(2b)对于在满阵情况下的阵列天线，其第(m,n)个天线单元的设计坐标为(m·dx,n·dy,0)，所以天线相邻两辐射单元间在目标处沿x轴、y轴和z轴的辐射场空间相位差分别为：其中，辐射场空间波常数k＝2π/λ，λ为工作波长，k为辐射场空间波常数，n、m分别为当前计算的天线单元所在列和行的数值，x00、y00分别为位于坐标原点的天线单元的x方向和y方向坐标；而第(0,0)个天线单元的实际坐标为(0,0,0)，因此第(m,n)个天线单元相对于第(0,0)个天线单元的辐射场相位差为：(2c)将阵面内每个天线单元相对与参考天线单元(0,0)的相位差按其位置编号存储在一个矩阵相应的位置上，该矩阵即表示此稀疏排布天线口面的辐射场相位差。5.根据权利要求4所述的一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，步骤(3)按如下过程进行：(3a)应用步骤(1)得到的表示天线稀疏性的矩阵T，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：王从思，颜语喆，胡核算，黄进，周金柱，朱诚，宋立伟，段宝岩，王伟锋，袁帅，唐宝富，钟剑锋，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61