[發(fā)明專利]基于MIFT與CP混合算法的僅相位加權(quán)陣列天線波束賦形優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2017-02-23
• 公開（公告）號: CN106850016B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田小敏;楊忠;司海飛
• 申請（專利權(quán)）人: 金陵科技學(xué)院
• 主分類號: H04B7/0413
• 分類號: H04B7/0413;H04B7/0408;H04B7/06
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

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(quán)來實(shí)現(xiàn)不同輻射要求的波束，該發(fā)明包括以下部分：使用改進(jìn)的迭代傅里葉算法得出滿足各自輻射性能要求的方向圖所對應(yīng)的單元激勵，并保留其中每種波束所對應(yīng)的各單元相位激勵值，再利用改進(jìn)的凸優(yōu)化算法尋求共用的單元激勵電流值來滿足各方向圖更高的輻射性能要求，如各方向圖中更小的主瓣波紋，更低的旁瓣電平值等。本發(fā)明中的混合優(yōu)化方法有效結(jié)合了迭代傅里葉算法以及凸優(yōu)化算法無需參數(shù)調(diào)節(jié)且魯棒性強(qiáng)，計(jì)算速度快，精度高的特點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)饋電網(wǎng)絡(luò)簡化，僅通過陣元的相位激勵變化實(shí)現(xiàn)不同輻射性能要求的波束賦形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線通信、信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及基于MIFT與CP混合算法的僅相位加權(quán)陣列天線波束賦形優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

在許多雷達(dá)應(yīng)用中都需要陣列天線形成指定形狀的波束，以滿足不同任務(wù)的需求。陣列天線波束賦形有多種不同的方法，一般而言可劃分為3類：第一類是單元激勵電流和相位同時(shí)調(diào)整，即復(fù)數(shù)加權(quán)；第二類是只有單元激勵電流改變，即僅振幅加權(quán)；第三類是只有單元激勵相位值改變，即僅相位加權(quán)。對于有源相控陣天線來說，相位加權(quán)不需要增加硬件設(shè)備，僅需要在存儲器中預(yù)存一組波控碼就能實(shí)現(xiàn)預(yù)想的要求，且并不改變原有的功率分配網(wǎng)絡(luò)，具有較高的靈活性和降低系統(tǒng)的復(fù)雜性等優(yōu)點(diǎn)，有著極為重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

針對這一全局優(yōu)化問題，常規(guī)的解決方法是智能優(yōu)化算法,如文獻(xiàn)基于改進(jìn)粒子群算法的僅相位加權(quán)波束賦形，《電子設(shè)計(jì)工程》，Vol.21，No.15，Aug.2013，中的改進(jìn)粒子群算法),但智能優(yōu)化方法處理單元的數(shù)量較多時(shí)，優(yōu)化變量將激增，導(dǎo)致優(yōu)化過程極為耗時(shí)，優(yōu)化的結(jié)果無法逼近各理想方向圖。本發(fā)明結(jié)合改進(jìn)迭代傅里葉算法與改進(jìn)的凸優(yōu)化算法兩種技術(shù)進(jìn)行僅相位加權(quán)波束賦形。首先利用MIFT方法計(jì)算得出滿足各自輻射性能要求的方向圖所對應(yīng)的單元激勵，并保留其中每種波束所對應(yīng)的各單元相位激勵電流復(fù)值，再利用CP算法求共用的單元激勵電流復(fù)值來滿足各方向圖更高的輻射性能要求，如各方向圖中更小的主瓣波紋，更低的旁瓣電平值等。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述存在的問題，本發(fā)明中的混合優(yōu)化方法有效結(jié)合了迭代傅里葉算法以及凸優(yōu)化算法無需參數(shù)調(diào)節(jié)且魯棒性強(qiáng)，計(jì)算速度快，精度高的特點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)饋電網(wǎng)絡(luò)簡化，僅通過陣元的相位激勵變化實(shí)現(xiàn)不同輻射性能要求的波束賦形，為達(dá)此目的，本發(fā)明基于MIFT與CP混合算法的僅相位加權(quán)陣列天線波束賦形優(yōu)化方法，其中MIFT指的ModifiedIterative Fourier Technique改進(jìn)的迭代傅里葉算法，CP指的Convex optimization凸優(yōu)化，包括以下步驟：

步驟一：對等間距線性陣列天線遠(yuǎn)場方向圖做轉(zhuǎn)化處理，表達(dá)式如下；

M單元直線陣的陣因子表示為：

或者f(θ)＝a(θ)^Hw (2)；

其中a(θ)^H＝[1,e^jθ…,e^j(M-1)u]，w＝[I₀,I₁…,I_M-1]^T；

其中I_m為第m個陣元的激勵電流復(fù)值,θ為偏離陣列法線方向的角度，λ為波長，d為陣元間距，為保證用改進(jìn)的迭代傅里葉算法計(jì)算天線方向圖的正確性，MIFT點(diǎn)數(shù)N需滿足大于陣元數(shù)M，且滿足N＝2^v,v為正整數(shù)，計(jì)算過程中對I_n進(jìn)行補(bǔ)零處理，從而快速傅里葉變換公式為:

與遠(yuǎn)場方向圖函數(shù)表達(dá)式(2)等價(jià)一致；

利用表示M個單元激勵電流復(fù)值，其中s＝1...S，S為賦形方向圖數(shù)量，滿足僅相位加權(quán)波束賦形變換，需存在共用激勵電流向量，如下: