[發明專利]一種陣列天線波束賦形方法

有效

• 申請號: 201510361848.1
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN104901734B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 祁崢東;高國明;袁洪;簡玲
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二四研究所
• 主分類號: H04B7/0426
• 分類號: H04B7/0426;H01Q3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種陣列天線波束賦形方法，屬于無線通信、信號處理技術領域。本發明涉及一種陣列天線唯相位變換波束賦形方法，即在功率保持不變的情況下僅通過相位加權來實現不同輻射要求的波束賦形，該發明包括以下部分：使用量化粒子群算法得出每一個理想方向圖對應的單元幅相值作為迭代傅里葉變換的初值，應用離散傅里葉逆變換(IFFT)得出數組方向圖，然后與期望方向圖比較得出新的方向圖，再應用快速傅里葉變換(FFT)反算出新的單元激勵。本發明結合量化粒子群算法方向圖賦形的快速性、有效性以及迭代傅里葉算法能最終收斂和收斂速度快的特點，提高僅相位變化各方向圖的空域內波束覆蓋的能力，因而具有較好的工程實用性。

技術領域

本發明涉及一種基于陣列天線唯相位變換的波束賦形方法。涉及在電流幅度不變僅相位變化的情況下實現對遠場方向圖變化的技術。

背景技術

陣列天線唯相位變換波束賦形技術是一種僅通過相位加權來改變方向圖賦形的方法。不同的輻射方向圖是為了實現不同的作用。在很多實際應用中，如空中交通管制雷達、航天器、衛星以及無線通信等，需要產生不同的輻射方向圖。唯相位變換波束賦形方法使得天線系統僅使用一個天線陣即可完成不同的任務，這就需要通過一些算法尋求一組合理的激勵權值來控制天線波束的指向、寬度、形狀、副瓣電平、零陷點的位置。采用只改變饋電相位分布的僅相位加權方法可使其不改變原有功率分配饋電網絡和不增加新設備的情況下，利用計算機控制移相器值的改變實現波束賦形，是非常經濟的可行方法，由于相位控制比功率控制更加容易實現且擁有更小的功率損耗，因此可以通過唯相位變換技術減少天線增益損失。因此，研究陣列天線的唯相位變換技術是非常必要的。

常規的方法是以單元的激勵相位作為優化變量，通過優化算法來完成，如Davis將最小二乘法應用于唯相加權的陣列波束賦形；Haupt用遺傳算法實現唯相加權的自適應零點生成；Khzmalyan采用單坐標最小化的方法實現唯相加權波束賦形和自適應零點生成，常規的方法當單元的數量較多時，優化變量也就很多，這樣導致優化過程非常耗時，優化的結果無法逼近理想方向圖。

本發明利用改進型量化粒子群算法(QPSO)快速獲得理想方向圖的幅相值作為經典傅里葉(IFFT)迭代算法的初值，結合了量化粒子群算法良好的逼近理想方向圖的能力以及迭代傅里葉算法成熟和運算速度快的優點，回避了初值選擇不當后迭代傅里葉算法收斂速度慢或無法收斂的缺點，最終實現在功率保持一定的情況下，僅通過相位加權完成方向圖賦形的變化。

發明內容

實現本發明的目的在于提供一種線性陣列唯相位變化方向圖綜合方法。

實現本發明目的的技術解決方案為：將線性陣列的每一單元電流幅度與相位幅度做等間隔分段處理，取分段后每段的中間值作為量化值，算法運行中計算可能的初值，中間迭代值以及滿足唯相位變換方向圖的終值均量化到選擇分段后每段的中間值；選定智能算法中的初始種群數，最大種群數標準差，標準差最終值，非線性調節因子，縮放影子，適應度函數，循環次數等固定參數和計算公式，將隨機選取的量化值作為每個陣列單元幅度相位的初始迭代值，取得滿足條件的單一方向圖綜合的幅相值。將滿足方向圖要求的幅相值作為迭代傅里葉變化的初始值，在離散傅里葉變換得出方向圖的步驟中，電流幅度選擇兩個方向圖綜合的電流幅度的均值作為下一步迭代值輸入，在應用快速傅里葉變換之前，將方向圖里不滿足要求的主瓣和副瓣部分直接用期望方向圖的模值代替。

一種陣列天線波束賦形方法，其特征在于：

(1)量化的相位值，便于應用在實際工程。

(2)量化粒子群算法將每個單元的電流和相位進行量化處理，將無限可能的值簡化為有限個可能的值，通過縮小搜索范圍來獲得較強的局部搜索能力以增強算法的整體收斂性能。

(3)將量化粒子群算法得出的單元幅相值作為迭代傅里葉算法的初值，提高經典迭代傅里葉算法收斂速度的同時保證了算法的最終收斂。

附圖說明