[發明專利]基于差分進化算法的含互耦時間調制陣列綜合方法

在審

• 申請號: 201611200997.0
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106602282A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 劉顏回;廖海艷;徐開達;葉龍芳;黃鑫;柳清伙
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01Q21/00
• 分類號: H01Q21/00;G06F17/50;G06N3/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應森,曾權

技術領域

本發明涉及天線，尤其是涉及一種基于差分進化算法的含互耦時間調制陣列綜合方法。

背景技術

與傳統天線陣列相比，時間調制陣列能實現更低的靜態激勵幅度動態比，在低/超低副瓣方向圖綜合中具有較大的優勢，近年來引起了較多關注。關于時間調制陣的研究主要包括降低副瓣電平和邊帶抑制、零點掃描、波束指向控制、信號來波方向估計等。目前，差分進化算法、粒子群算、遺傳算法較多應用于時間調制陣列的綜合中。這些研究大都建立在陣列單元為各項同性的基礎上。實際上，陣列方向圖的副瓣電平受陣元間互耦效應的影響較大。近年來，越來越多的研究在陣列天線方向圖綜合中考慮互耦的效應。例如，Pozar等人(Pozar D.M.“The active element pattern.”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,1994,42(8):1176-1178.)提出將有源單元方向圖方法用于計算含陣元耦合的陣列方向圖；P.Darwood等人(P.Darwood,P.N.Fletcher,and G.S.Hilton,“Mutual coupling compensation in small planar array antennas.”IEE Proc.Microw.Antennas Propag,1998,145(1):1-6)綜合了含陣元互耦效應的時間調制平面陣列的方向圖；Shiwen Yang等人(Shiwen Yang,Zaiping Nie.“Mutual Coupling Compensation in Time Modulated Linear Antenna Arrays.”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2005,53(12):4182:4185)中提出將互耦補償方法應用到時間調制直線陣列中，將實際測量的單元方向圖用于方向圖的優化，所得的方向圖與實際測量的方向圖吻合較好。

中國專利201410605142.0公開了一種基于時間調制陣列的波束賦形方法，主要解決現有時間調制陣列優化變量多，波束賦形速度慢，尋優能力差，易陷入局部最優解的問題。該發明使用人工蜂群算法優化第一邊帶頻率方向圖得到脈沖起始時刻以及脈沖持續時間，能減少因優化不同頻率方向圖所需的變量個數，且收斂速度快、全局尋優能力強、易跳出局部最優解，可滿足時間調制陣列對波束賦形的需求。

中國專利201410675266.6公開了一種基于時間調制共形相控陣列的快速方向圖綜合方法，主要解決現有時間調制共形相控陣列方向圖綜合速度慢，運算量大，穩定性不高，無法用于實時計算平臺的問題。該發明使用交替投影方法對根據目標參數分步優化直線陣列中心頻率和第一邊帶頻率方向圖得到陣列最終激勵，能減少運算量，縮短優化時間，提高穩定性，能實現時間調制共形相控陣列的快速方向圖綜合。

以上研究，未曾考慮到實際含互耦效應的時間調制陣列的快速計算問題，當采用例如差分進化算法優化時間調制陣列輻射方向圖時，在進化過程中需要大量反復的計算中心頻率和邊帶方向圖，計算時間較長，因考慮時間調制陣的互耦效應，各陣元的有源方向圖不相同，無法提取陣列因子，不能采用快速傅里葉變換(FFT)對陣列方向圖進行快速計算。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術存在的上述不足，提供基于差分進化算法的含互耦時間調制陣列綜合方法。

本發明包括以下步驟：

1)根據系統應用指標確定時間調制直線陣列的陣元數目、單元形式、陣元間距、中心頻率、時間調制頻率，設置目標參數；

2)全波電磁仿真得到N單元時間調制直線陣列中每個單元天線的有源單元方向圖g_n(u)(n＝1,…,N)，其中u＝sinθ，θ是空間俯仰角；

3)將各單元的有源單元方向圖展開，得到可利用FFT加速計算的含互耦時間調制陣列方向圖表達式；

4)將靜態激勵幅度和脈沖持續時間作為優化變量，將中心頻率f₀處輻射場方向圖的最大副瓣電平和第一邊帶f₀+f_prf處輻射場方向圖的最大電平作為優化目標，使用差分進化算法對時間調制直線陣列輻射方向圖進行優化，得到滿足優化目標的各天線單元靜態激勵幅度值A_n和脈沖持續時間τ_n；