[發明專利]基于凸優化算法的雷達陣列和差波束方向圖優化方法

有效

• 申請號: 201710206959.4
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106772260B
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 曹運合;張奕;鳳宏曉;蘇洪濤;周生華
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

本發明公開了一種基于凸優化算法的雷達陣列和差波束方向圖優化方法，思路為：確定包含M個陣元的雷達圓形陣列均勻分布在半徑為R的圓周上，然后確定和波束主瓣區域、和波束零陷區域、和波束旁瓣區域、和波束低旁瓣區域，以及差波束主瓣區域、差波束零陷區域、差波束旁瓣區域、差波束低旁瓣區域；分別得到約束和波束主瓣區域的代價函數和約束差波束主瓣區域的代價函數；進而分別得到雷達圓形陣列的和波束方向圖綜合優化模型和雷達圓形陣列的差波束方向圖綜合優化模型，計算雷達圓形陣列和波束最優權矢量；依次得到期望目標的角誤差歸一化曲線的斜率和待優化的雷達圓形陣列差和差波束方向圖的角誤差曲線斜率，并計算雷達圓形陣列差波束的最優權矢量。

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，特別涉及一種基于凸優化算法的雷達陣列和差波束方向圖優化方法，適用于雷達圓形陣列和波束和差波束的方向圖優化。

背景技術

隨著雷達技術的發展，相控陣雷達越來越多地應用到了實際的工程項目中。然而目前的相控陣雷達天線基本上還是線陣和傳統平面陣列天線。線陣列的結構相對來說比較簡單，易于處理，但實際中它只能有大約120度左右的方位角覆蓋，其提供的增益和方向圖等特性隨掃描角的不同而改變，尤其是掃描角偏離陣列法線方向較大是，陣列性能急劇下降，所以這些大大限制了其使用范圍。傳統的平面陣列同樣也存在著一些類似缺點，如波束掃描范圍窄(局限在120度以內)；波束寬度隨著掃描角的增加而增加；陣列單元之間的互耦效應是掃描角的函數，難于保持平衡等，圓形陣列能避免上述陣列的一些缺點，它不僅可以提供360度的方位角，而且通過循環移動陣列激勵，簡單而靈活的操縱波束的方位，而在俯仰方向上也有一個理想的方向特性。同時，圓結構的對稱性使其基本維持等性能的波束形狀和天線增益，并大體上保持互耦平衡。

得益于計算機技術的飛速發展，高效的陣列方向圖綜合方法已成為研究熱點。目前對于線陣及平面陣的波束方向圖的綜合主要方法是對和差波束進行加窗處理，來達到控制副瓣電平的目的。而對于圓形陣列的波束方向圖優化主要應用的綜合算法有遺傳算法、模擬退火算法、粒子群算法，以及蟻群算法，這些算法從本質上來說都是基于隨機性的自然算法，存在綜合過程中需要進行大規模的搜索，導致此類算法的收斂速度慢，并容易陷入局部最優解等問題。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提出一種基于凸優化算法的雷達陣列和差波束方向圖優化方法，該種基于凸優化算法的雷達陣列和差波束方向圖優化方法最突出的優勢在于，利用凸優化算法能夠穩定、有效地求取方向圖的最優權值，易于工程實現。

實現本發明目的的技術思路是：將雷達圓形陣列和差波束方向圖優化為一個凸優化問題，并建立合適的目標函數和約束條件，然后利用MATLAB的凸優化工具包，求得雷達圓形陣列和差波束方向圖的最優權值。

為達到上述技術目的，本發明采用如下技術方案予以實現。

一種基于凸優化算法的雷達陣列和差波束方向圖優化方法，包括以下步驟：

步驟1，確定包含M個陣元的雷達圓形陣列均勻分布在半徑為R的圓周上，然后計算得到雷達圓形陣列的方向矢量；M、R分別為大于0的正整數；

步驟2，根據雷達圓形陣列的方向矢量，分別計算得到雷達圓形陣列的和波束方向圖和雷達圓形陣列的差波束方向圖，進而分別得到和波束主瓣區域、和波束零陷區域、和波束旁瓣區域、和波束低旁瓣區域，以及差波束主瓣區域、差波束零陷區域、差波束旁瓣區域、差波束低旁瓣區域；

步驟3，分別得到約束和波束主瓣區域的代價函數和約束差波束主瓣區域的代價函數；

步驟4，根據約束和波束主瓣區域的代價函數和約束差波束主瓣區域的代價函數，分別得到雷達圓形陣列的和波束方向圖綜合優化模型和雷達圓形陣列的差波束方向圖綜合優化模型；

步驟5，根據雷達圓形陣列的和波束方向圖綜合優化模型，計算得到雷達圓形陣列和波束最優權矢量；