一种基于空间增益的稀疏平面阵形优化方法技术

一种基于空间增益的稀疏平面阵形优化方法，包括以下步骤：对阵列进行初始化，得到由阵元的坐标矢量构成的坐标矩阵，计算坐标矩阵对应的空间增益；设置迭代参数；对初始化后的阵列进行迭代优化，每一次迭代优化时对阵列中的第5～N个阵元分别依次进行扰动，对每一次扰动完成后生成的阵元的新坐标进行判断，用符合判断条件的新坐标替换该阵元的旧坐标，更新坐标矩阵，重复迭代过程，直到达到设定的迭代总次数为止，接受阵列流形，将经过迭代优化更新完毕的坐标矩阵[x0,y0]作为稀疏平面阵列的阵列位置。在需要产生一个角度指向的面阵时，本发明专利技术的代价函数能综合评估旁瓣电平和主瓣波束宽度，本发明专利技术方法能够产生主瓣波束宽度窄且旁瓣电平低的稀疏平面阵。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，包括以下步骤：对阵列进行初始化，得到由阵元的坐标矢量构成的坐标矩阵，计算坐标矩阵对应的空间增益；设置迭代参数；对初始化后的阵列进行迭代优化，每一次迭代优化时对阵列中的第5～N个阵元分别依次进行扰动，对每一次扰动完成后生成的阵元的新坐标进行判断，用符合判断条件的新坐标替换该阵元的旧坐标，更新坐标矩阵，重复迭代过程，直到达到设定的迭代总次数为止，接受阵列流形，将经过迭代优化更新完毕的坐标矩阵作为稀疏平面阵列的阵列位置。在需要产生一个角度指向的面阵时，本专利技术的代价函数能综合评估旁瓣电平和主瓣波束宽度，本专利技术方法能够产生主瓣波束宽度窄且旁瓣电平低的稀疏平面阵。【专利说明】—种基于空间增益的稀疏平面阵形优化方法
本专利技术属于信号处理
，尤其涉及一种稀疏平面阵列流形的优化方法。
技术介绍
阵列信号处理技术广泛应用于雷达、通信、声纳、导航和射电天文学等领域。影响阵列性能的重要因素之一是其阵形，通过对阵列的阵形进行优化可以提高阵列波达方向估计性能以及自适应抗干扰的能力。针对通过阵列几何结构来优化波达方向(DOA)估计性能的方法和研究，现有的研究成果有:P.J.Bevelacqua 等发表于 2007 年 IEEE Transactions on Antenna andPropagation 上 的《Optimizing Antenna Array Geometry for InterferenceSuppression)) 一文中，提出通过模拟退火算法获得优化的阵列流形。然而该方法的优化对象仅限于均匀圆阵。T.N.Kaifas 等发表于 2OO8 年 IEEE Transactions on Antenna and Propagation上 的《On the Geometry Synthesis of Arrays with a Given Excitation by theOrthogonal Method)) 一文中，提出在给定激励条件下,通过结合迭代技术和正交方法获得了所需的阵元位置和逼近的方向图。然而该方法容易陷入局部最优，并且其优化结果对初始阵形敏感。P.J.Bevelacqua 等发表于 2OO9 年 IEEE Transactions on Antennas andPropagation 上的《Geometry and Weight Optimization for Minimizing Sidelobes inWideband Planar Arrays》一文中,提出用粒子群算法和宽带阵列最低旁瓣的优化权来优化阵形。然而该方法以最小化旁瓣为约束条件，不能兼顾主瓣波束宽度。目前的阵形优化方法，多数将最小化旁瓣电平比或者主瓣波束宽度作为代价函数，局限于固定阵形而非自适应性能更佳的稀疏阵，优化的代价函数不能兼顾主副瓣峰值比和主瓣波束宽度这两个重要参数，不能同时综合评估这两个重要参数来获得阵形优化。
技术实现思路
针对上述技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于空间增益的稀疏平面阵阵形优化方法，使得优化后的稀疏平面矩形阵具有旁瓣电平低和主瓣波束宽度窄的优点。为了实现上述目的，本专利技术采取如下的技术解决方案:，包括以下步骤:步骤1、对阵列进行初始化，得到由阵元的坐标矢量构成的坐标矩阵，计算坐标矩阵对应的空间增益G，具体步骤如下:步骤1-1、生成雷达天线的平面矩形阵四个角上的阵元的初始坐标:【权利要求】1.，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、对阵列进行初始化，得到由阵元的坐标矢量构成的坐标矩阵对应的空间增益G，具体步骤如下: 步骤1-1、生成雷达天线的平面矩形阵四个角上的阵元的初始坐标: 2.如权利要求1所述的基于空间增益的稀疏平面阵形优化方法，其特征在于:所述步骤3中的扰动是指是给阵元的坐标加上随机数，生成阵元的新坐标(xt，yt)。【文档编号】G01S3/00GK103513225SQ201310433324【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日 【专利技术者】曾操, 马义彪, 王兰美, 李军, 廖桂生, 陶海红 申请人:西安电子科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于空间增益的稀疏平面阵形优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对阵列进行初始化，得到由阵元的坐标矢量构成的坐标矩阵[x0,y0]，计算坐标矩阵[x0,y0]对应的空间增益G，具体步骤如下：步骤1?1、生成雷达天线的平面矩形阵四个角上的阵元的初始坐标：x0(1)y0(1)x0(2)y0(2)x0(3)y0(3)x0(4)y0(4)=-0.5Lx0.5Ly-0.5Lx-0.5Ly0.5Lx0.5Ly0.5Lx-0.5Ly,其中，[x0,y0]是阵列中所有阵元沿x轴和y轴的坐标矢量构成的N×1维坐标矩阵，N是阵元总数，Lx和Ly是平面矩形阵的区域界限；步骤1?2、以Kλ为栅格随机生成平面矩形阵其它阵元的初始坐标：x0(n)=round{Lx[rand(n-4,1)-1]×K}/Ky0(n)=round{Ly[rand(n-4,1)-1]×K}/K,5≤n≤N,其中，K为栅格的精确度，λ为入射信号的波长，round(·)表示取最接近的整数的运算操作，rand(b,c)表示产生b×c维(0,1)区间上均匀分布的伪随机数矩阵的运算操作，b为上式中的n?4，c为上式中的1；步骤1?3、判断步骤1?2生成的阵元的初始坐标是否满足条件dmin＞0.5λ，若满足条件，则根据空间增益函数计算坐标矩阵[x0,y0]对应的空间增益G，若不满足条件则返回步骤1?2，重新生成初始坐标；其中，dmin=min(dmn)，dmn为阵列中任意两个阵元坐标之间的间距，dmn=[x0(m)-x0(n)]2+[y0(m)-y0(n)]2,m,n=1,2,…，N，m≠n;式中的θ0为入射信号的俯仰角，为入射信号的方位角，i是[0,π/2]上以N1为采样数的第i个采 样点的俯仰角，i=1,2,…,N1，l是[0,2π]上以N2为采样数的第l个采样点的方位角，l=1,2,…,N2；是俯仰角为θ0、方位角为的入射信号在坐标矩阵[x0,y0]上的导向矢量，是俯仰角为θi、方位角为的信号在坐标矩阵[x0,y0]上的导向矢量，下式中j为虚数单位；步骤2、设置迭代参数，所述迭代参数包括迭代总次数Q、退火初始温度T0、退火因子μ，令迭代次数q=1进行首次迭代，执行下一步；步骤3、对初始化后的阵列进行迭代优化，每一次的迭代优化包括对阵列中的第5～N个阵元分别依次进行扰动，对每一次扰动完成后生成的阵元的新坐标进行判断，用符合判断条件的新坐标替换该阵元的旧坐标，然后更新坐标矩阵[x0,y0]，重复迭代过程，直到达到设定的迭代总次数Q为止，具体步骤如下：步骤3?1、进行第q次迭代优化，令p=5，生成该次迭代优化的第1个需扰动阵元的新坐标(xt,yt)，执行步骤3?2，首次迭代时q=1；步骤3?2、按下式生成第p个阵元的新坐标(xt,yt)，执行步骤3?3：xt=x0(p)+round[2rand(1,1)-1]×0.01λyt=y0(p)+round[2rand(1,1)-1]×0.01λ,其中，x0(p)和y0(p)是第p个阵元的x轴和y轴坐标；步骤3?3、根据以下条件判断是否接受步骤3?2生成的第p个阵元的新坐标(xt,yt)：步骤3?3a、如果第p个阵元的新坐标(xt,yt)在步骤1?1所述平面矩形阵限定的区域内，则执行步骤3?3b，否则执行步骤3?5；步骤3?3b、如果第p个阵元的新坐标(xt,yt)和阵列中任意其它阵元的坐标之间的间距都小于半波长，则执行步骤3?3c，否则执行步骤3?5；步骤3?3c、如果第p个阵元的新坐标(xt,yt)不同于该阵元的旧坐标，则执行步骤3?3d，否则执行步骤3?5；步骤3?3d、用第p个阵元的新坐标(xt,yt)替换第p个阵元的旧坐标，得到新坐标矩阵[x1,y1]，根据空间增益函数计算新坐标矩阵[x1,y1]对应的空间增益G’，比较G和G’，若Δ=G?G’＜0，则执行步骤3?4，否则执行步骤3?3e；其中，式中的θ0为入射信号的俯仰角，为入射信号的方位角，θi是[0,π/2]上以N1为采样数的第i个采样点的俯仰角，是[0,2π]上以N2为采样数的第l个采样点的方位角；是俯仰角为θ0、方位角为的入射信号在新坐标矩阵[x1,y1]上的导向矢量，是俯仰角为θi、方位角为的入射信号在新坐标矩阵[x1,y1]上的导向矢量；步骤3?3e、令Tq=μTq?1，并产生随机数r，若exp(?Δ/Tq)＞r，则执行步骤3?4，否则执行步骤3?5；步骤3?4、接受满足前述条件的新坐标(xt,yt)，更新坐标矩阵[x0,y0]，令[x0,y0]=[x1,y1]，G=G’，执行步骤3?5；步骤3?5、判断是否所有的阵元都扰动完毕，若p＜N，则令p=p+1，返回执行步骤3?...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾操，马义彪，王兰美，李军，廖桂生，陶海红，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：