【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于雷达通信技术，尤其涉及共形极化阵列发射波束形成技术。
技术介绍
1、相比于传统阵列，共形极化阵列由于阵元分布异面，可以实现更大范围的角度扫描，波束覆盖范围更广，其次共形极化阵列能够感知信号的极化信息，具有更多的信号处理维度。然而共形阵由于各阵元指向各异且极化信息与角度信息互相耦合，方向图函数不再是阵列因子与阵元因子的乘积，基于均匀平面阵列的波束形成方法不再适用于共形极化阵，因此研究基于共形极化阵列的接收波束形成问题具有实际应用意义。
2、steyskal h在最小二乘算法的基础上提出交替投影算法，通过构造两个凸集进行交替投影，多次迭代后得到最优解，实现波束赋形，(参见文献：steyskal h.patternsynthesis for a conformal wing array[c].proceedings,ieee aerospaceconference,big sky,mt,usa,2002:2-2.)，然而当集合存在非凸集时，交替投影方法很可能收敛于局部最优解，且该方法的投影是基于归一化方向图，因此无法保证主波束增益。另外，凸优化算法也是共形阵列波束赋形方法的研究热点，通过将方向图性能要求转换为凸优化问题，可以有效实现对共形阵列方向图的多约束。(参见文献：fuchs b,fuchs jj.optimal polarization synthesis of arbitrary arrays with focused powerpattern[j].ieee transactions on ante
3、综上，对于共形极化阵列，目前的发射波束赋形方法无法保证主波束增益灵活可调，也无法约束权向量幅度的动态范围，不便于工程实现。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，针对当前共形极化阵列发射波束赋形时主波束增益无法灵活可调，无法约束权向量的动态范围，不便于工程实现的问题，基于一种用于求解凸优化问题的迭代算法的交替方向乘子法admm多项式交替方向乘子法，提供了一种共形极化阵发射波束赋形方法。
2、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于admm的共形极化阵发射波束赋形方法，该方法包括如下步骤：
3、步骤1)综合考虑阵元各向相异以及载体遮蔽效应，根据阵元局部方向图，建立共形极化阵列模型；其中俯仰角为θ∈[0,π/2]，方位角为极化阵列的阵元总数n，n为阵元序号变量；
4、步骤2)基于俯仰角方向上的导向向量和方位角方向上的导向向量得到主极化方向导向向量和交叉极化方向导向向量其中，主波束交叉极化约束空域范围离散化为m个角度表示该范围内的第m个角度，旁瓣区域离散化为s个角度表示该范围内的第s个角度；
5、步骤3)添加辅助变量，应用交替方向乘子法admm方法对旁瓣区域的主极化水平和交叉极化水平建立波束赋型的权向量w的数学模型，并进行求解：
6、3-1)对于主波束主极化增益约束添加辅助变量u1，该约束的拉格朗日乘子为λ，惩罚因子为ρ1；
7、对于主波束交叉极化增益约束添加辅助变量u2，该约束的拉格朗日乘子为μ，惩罚因子为ρ2；
8、对于主波束其他空域范围交叉极化增益约束添加辅助变量vm,m＝1,2...m，该约束的拉格朗日乘子为κm，惩罚因子为ρ3，记向量v＝[v1...vm]，拉格朗日乘子向量κ＝[κ1...κm]；
9、对于旁瓣区域的主极化增益约束添加辅助变量ps,s＝1,2,...s，该约束的拉格朗日乘子为γs，惩罚因子为ρ4，记向量p＝[p1...ps]，拉格朗日乘子向量γ＝[γ1...γs]；
10、对于旁瓣区域的交叉极化增益约束添加辅助变量qs，该约束的拉格朗日乘子为σs，惩罚因子为ρ5，记向量q＝[q1...qs]，拉格朗日乘子向量σ＝[σ1...σs]；
11、对于恒模约束添加辅助向量zn，该约束的拉格朗日乘子为η＝[η1 η2... ηn]，惩罚因子为ρ6；
12、3-2)初始化设定各约束的初始拉格朗日乘子λ(t),μ(t)和拉格朗日乘子向量κ(t),γ(t),σ(t),η(t)，各约束的惩罚因子ρ1,ρ2,ρ3,ρ4,ρ5,ρ6，设定主波束主极化增益下界u1，主波束交叉极化上界u2，主波束极化约束范围其他角度的交叉极化上界为u3，最大迭代次数t以及初始权向量w(t)，t为迭代次数，初始设置t＝0；
13、3-3)通过对主波束主极化进行计算来更新u1(t+1)：
14、
15、其中，h代表共轭转置，∠代表对复数取相位，θ0为发射方向俯仰角，为发射方向方位角，|·|表示取模运算；
16、3-4)通过对主波束交叉极化进行计算来更新u2(t+1)：
17、
18、3-5)通过对主波束极化约束范围内的交叉极化进行计算来更新vm(t+1)，m＝1,2...m：
19、
20、3-6)通过对旁瓣区域的主极化进行计算来更新ps(t+1)：
21、
22、中间量v1(t+1)为根据中间量的取值范围划分的k个区间中全局最小值所在区间的下界k为区间划分点的序号变量k＝1,2,..k，k≤s-1；
23、3-7)通过对旁瓣区域的交叉极化进行计算来更新ps(t+1)：
24、
25、中间量v2(t+1)为根据中间量的取值范围划分的k个区间中全局最小值所在区间的下界
26、3-8)通过对恒模进行计算来更新zn(t+1)：
27、
28、3-9)更新权向量w(t+1)：
29、w(t+1)＝-r-1b
30、其中，中间量r和b为：
31、
32、
33、3-10)更新下一次迭代需要的λ(t+1)，μ(t+1)，κ(t+1)，γ(t+1)，σ(t+1)，η(t+1)：
34、
35、
36、
37、
38、
39、η(t+1)＝η(t)+ρ6(z(t+1)-w(t+1))
40、更新t＝t+1，重复步骤3-3)至步骤3-10)，直到迭代次数t达到指定次数t后进入步骤3-11)；
41、3-11)将当前的w(t+1)作为最优权向量，输出最优权向量完成阵列发射波束赋形。
42、本专利技术的有益效果是，利用admm方法通过将复杂的多约束优化问题分解为多个容易处理的子问本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于ADMM的共形极化阵发射波束赋形方法，其特征在于，包括步骤：
2.如权利要求1所述方法，步骤3-6)中V1(t+1)的计算具体为：
3.如权利要求1所述方法，步骤3-7)中V2(t+1)的计算具体为：
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，主极化方向导向向量和交叉极化方向导向向量具体为：
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，俯仰角方向上的导向向量和方位角方向上的导向向量具体为：
【技术特征摘要】
1.基于admm的共形极化阵发射波束赋形方法，其特征在于，包括步骤：
2.如权利要求1所述方法，步骤3-6)中v1(t+1)的计算具体为：
3.如权利要求1所述方法，步骤3-7)中v2(t+1)的...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢菊兰，李明生，刘兆博，于少筠，李军，何子述，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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