【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及天线与微波技术，特别是一种去局部故障化通道自适应波束保持方法。
技术介绍
1、相控阵雷达因其功能多、机动性强、反应时间短、数据率高、抗干扰能力强、可靠性高等特有的优势已在各军用、民用领域充分利用。在气象雷达领域，相控阵雷达可将雷达扫描时间大幅缩减，大大提高对短时中小尺度对流天气的预警能力。这使得相控阵体制的雷达在气象领域广受青睐。
2、然而，气象探测需已知雷达的波束宽度，这就要求雷达在工作过程中保持稳定的波束宽度、相对高的副瓣抑制。虽然相控阵雷达的高可靠性使其在阵面部分通道故障的情况下依然稳定工作，但阵面部分通道的损坏必然导致雷达波束的恶化。如何消除这种部分通道故障状态下的波束恶化对其在气象领域应用造成的限制，是目前亟需解决的问题。
3、申请号为202011044199.x的专利申请一种基于遗传算法的波束赋形仿真设计方法。该方法通过不断迭代优化形成限制于两条约束线之间的目标波束，实现了40°的宽波束余割平方赋形方向图。
4、但是，这种优化方法无法在阵面有故障通道的情况下使用，无法满足气象领域在阵面部分通道故障情况下保持稳定波束宽度、相对高的副瓣抑制要求。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种将故障通道纳入波束赋形算法，形成去局部故障化通道自适应波束保持算法，通过雷达监测链路反馈的故障通道信息自适应优化出剩余正常通道的最优幅相，去除故障化通道影响，维持波束宽度、副瓣抑制等指标稳定，以满足气象领域对波束形状稳
2、本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
3、一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，包括以下步骤：
4、步骤一：通过雷达内外监测手段获取雷达阵面故障通道信息；
5、步骤二：建立进化目标，该进化目标分别规定了雷达波束的最大值和最小值；
6、步骤三：代入故障通道信息建立第一代种群，并将第一代种群种所有个体的故障通道对应的基因值置零；第一代种群表示为pn{gi}；i∈[1…m]；n∈[1…n]，其中gi表示各通道幅相信息对应的基因值，故障通道对应的基因值置零，即对应的gi＝0，种群数量为n，pn是第n个个体，基因的数量为m；
7、步骤四：根据阵面特征建立适应度函数c＝lg(∑max(d-f,0)+∑max(f-u,0))，其中u和d分别为进化目标上下限，f为种群中个体计算得到的阵面辐射波束结果；
8、步骤五：对第一代种群进行适应度评价，对每个个体进行评分并排序；
9、步骤六：设置择优区，在择优区中随机选出父个体和母个体，并随机选出基因断点，将父个体和母个体的基因片段交换，生成一对子个体；
10、步骤七：设置基因变异因子c，基因变异最大范围r，基因变异范围δ＝r(e-δt-e-δ)，其中，t是进化时间；随机变异基因个数和位置在此过程中，将故障通道对应基因位置的变异量置零，即锁定故障通道对应的基因，使其在进化中不变异；
11、步骤八：按照配对次数产生对应数量的子代个体，并将子代群体和父代种群一起进行适应度评分并排序，择选并只保留种群数量规定的个体数，此处即种群数量n；
12、步骤九：重复进化过程，直至达到指定的进化次数或最佳个体对应的波束结果完全符合进化目标；
13、步骤十：验证算法得到的通道幅相是否满足波束保持要求。
14、以上便完成了去局部故障化通道自适应波束保持算法，该算法在故障率范围内且在不对阵面进行组件替换的情况下，对阵面生成的波束进行了有效的保持。在气象雷达的使用中，以最低成本的方式保障了相控阵雷达的高可靠性、高稳定性、高有效性。
15、所述步骤一中故障通道信息中最重要的是故障通道的位置，所有故障通道在使用过程中不辐射能量。
16、所述步骤二中进化目标可对波束宽度、副瓣等指标做出约束，进化目标根据指标要求进行，进化的主旨是使波束在保证波束宽度不变的情况下达到高副瓣抑制，或是使波束保证最高副瓣抑制并反馈波束宽度情况。
17、所述步骤三中代入故障通道信息建立第一代种群pn{gi}；i∈[1…m]；n∈[1…n]，g0的信息由步骤一中获取的故障通道信息得到，基因数量为m由阵列中通道数量决定，种群数量为n由算法需要的精度和速度来设置。
18、步骤四中建立适应度函数，优化目标上限u和下限d以及辐射波束结果f的计算点数相同，并且与空域角度一一映射。
19、所述步骤六中设置择优区，择优区是选择父母个体的选择范围，按照适应度评分，划定优选范围，调整基因断点的数量，即父母个体基因片段交换的位置和次数是多次随机位置进行的。
20、所述步骤七中基因变异因子c、基因变异最大范围r均是常数，确定了变异的程度，基因变化范围是随进化时间不短变小的量，进化时间对应算法中的进化次数。
21、所述步骤十中验证算法得到的通道幅相是否满足波束保持要求，需使算法得到的通道幅相结果满足雷达各通道幅相量化要求，应用于实际雷达阵面，通过电磁仿真软件验证各通道幅相量化后波束结果。
22、相比于现有技术，本专利技术的优点在于：1、在阵面故障率范围内通过去局部故障化通道自适应算法完成了阵面波束保持功能，以低成本方式保障了阵面的高可靠性、高稳定性和高有效性。
23、2、只需通过内外监测功能反馈的故障通道信息，即可进行阵面波束的保持优化，在各种故障率范围内均可应用，适用故障范围广。
24、3、波束保持过程中，保障阵面波束的波束宽度不变、副瓣维持高抑制，完全满足气象雷达应用需求。
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1.一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，其特征在于所述步骤一中故障通道信息中最重要的是故障通道的位置，所有故障通道在使用过程中不辐射能量。
3.根据权利要求1所述的一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，其特征在于所述步骤二中进化目标可对波束宽度、副瓣等指标做出约束，进化目标根据指标要求进行，进化的主旨是使波束在保证波束宽度不变的情况下达到高副瓣抑制，或是使波束保证最高副瓣抑制并反馈波束宽度情况。
4.根据权利要求1所述的一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，其特征在于所述步骤三中代入故障通道信息建立第一代种群Pn{gi}；i∈[1…M]；n∈[1…N]，g0的信息由步骤一中获取的故障通道信息得到，基因数量为M由阵列中通道数量决定，种群数量为N由算法需要的精度和速度来设置。
5.根据权利要求1所述的一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，其特征在于步骤四中建立适应度函数，优化目标上限U和下限D以及辐射波束结果F的计算点数相同，并且与空域角
6.根据权利要求1所述的一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，其特征在于所述步骤六中设置择优区，择优区是选择父母个体的选择范围，按照适应度评分，划定优选范围，调整基因断点的数量，即父母个体基因片段交换的位置和次数是多次随机位置进行的。
7.根据权利要求1所述的一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，其特征在于所述步骤七中基因变异因子c、基因变异最大范围R均是常数，确定了变异的程度，基因变化范围是随进化时间不短变小的量，进化时间对应算法中的进化次数。
8.根据权利要求1所述的一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，其特征在于所述步骤十中验证算法得到的通道幅相是否满足波束保持要求，需使算法得到的通道幅相结果满足雷达各通道幅相量化要求，应用于实际雷达阵面，通过电磁仿真软件验证各通道幅相量化后波束结果。
...【技术特征摘要】
1.一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，其特征在于所述步骤一中故障通道信息中最重要的是故障通道的位置，所有故障通道在使用过程中不辐射能量。
3.根据权利要求1所述的一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，其特征在于所述步骤二中进化目标可对波束宽度、副瓣等指标做出约束，进化目标根据指标要求进行，进化的主旨是使波束在保证波束宽度不变的情况下达到高副瓣抑制，或是使波束保证最高副瓣抑制并反馈波束宽度情况。
4.根据权利要求1所述的一种去局部故障化通道自适应波束保持方法，其特征在于所述步骤三中代入故障通道信息建立第一代种群pn{gi}；i∈[1…m]；n∈[1…n]，g0的信息由步骤一中获取的故障通道信息得到，基因数量为m由阵列中通道数量决定，种群数量为n由算法需要的精度和速度来设置。
5.根据权利要求1所述的一种去局部故障化通道自适...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，张乔，孙磊，王真，于大群，官林海，刘新安，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：
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