[發明專利]基于最小化加權向量動態范圍的波束圖綜合設計方法

有效

• 申請號: 201711231423.4
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN108170888B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 范旭慧;梁軍利;景陽
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/06
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 王奇

本發明公開了一種基于最小化加權向量動態范圍的波束圖綜合設計方法，步驟包括：1)建立通過最小化DRR進行波束圖綜合設計的目標模型；2)根據罰函數理論，將有約束的目標模型函數式轉換為無約束的優化模型；3)構造合理的可微逼近函數對目標模型中不可微部分進行逼近，進而滿足基于梯度的無約束優化算法的執行條件；4)利用構造的可微的雙曲線函數替換加號函數，得到無約束的光滑模型，于是采用基于梯度的快速的BFGS?Armijo算法可將模型中的各個變量的值通過微分器和積分器進行求解，最終求解出的波束形成器的加權向量，所設計波束圖完全滿足工程應用的要求。本發明的方法，邏輯嚴密，結果精確度高。

技術領域

本發明屬于波束圖檢測控制技術領域，涉及一種基于最小化加權向量動態范圍的波束圖綜合設計方法。

背景技術

數字波束形成器技術(DBF)是一種以數字方法來實現波束形成器的技術，由于其在基帶上保留了天線陣列單元的全部信息，因而DBF可以采用先進的數字信號處理技術對天線陣列信號進行處理，可顯著提高陣列天線的性能。一直以來，數字收發組件高額的成本，限制了DBF技術的普遍應用，但隨著近幾年電子器件技術、微波組件技術和高速數字處理設備技術的發展，DBF技術在雷達和通信領域的應用中獲得越來越廣泛的重視。因此在過去幾年，傳感器陣列的波束圖設計技術都是通過對波束形成器加權向量的幅度和相位進行聯合控制或者僅通過對其相位進行控制，設計出合乎工程要求的天線方向圖。而通過對波束形成器加權向量的幅度和相位進行聯合控制設計波束圖因其有更多的自由度，所以可以更有效地形成滿足實踐應用的波束圖，但這種技術設計的波束形成器加權向量的幅度動態范圍變化很大，這使得功率放大器(如圖1所示)無法工作在飽和狀態，降低了功率放大器的效率和增加了信號功率的損耗。為了避免此類方法的弊端，僅相位控制的波束圖綜合設計技術應運而生，因其僅需通過控制有源相控陣天線中的移相器來改變相控陣雷達的波束指向，而其幅度由饋電網絡給定，因此這種方法設計的波束形成器加權向量的幅度動態范圍為1，保證了功率放大器工作在飽和狀態，提高了功率放大器的效率和減小了信號功率的損耗，但通過此方法設計的波束圖不一定都能滿足實踐應用的需要。

因此在實踐應用中，為了避免以上兩種波束圖綜合設計方法的缺陷，我們可以選擇在設計波束圖時減小波束形成器加權向量的動態范圍變化。目前存在的方法就是預先設定波束形成器加權向量的動態范圍，然后設計優化算法使加權向量的變化范圍滿足事先預設的動態范圍。這種方法的缺陷在于，人為預設的動態范圍變化不一定是所設計波束圖的加權向量的最小動態范圍變化。如果人為預設的加權向量的動態變化范圍比實際的動態變化范圍大，則會減弱功率放大器的效率，如果人為預設的加權向量的動態變化范圍較小，則又無法形成滿足實踐應用的波束圖。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于最小化加權向量動態范圍的波束圖綜合設計方法，解決了現有技術中的優化算法很難對提出的模型進行有效求解，難以實現波束圖控制，人為預設的動態范圍變化不一定是所設計波束圖的加權向量的最小動態范圍變化的問題。

本發明所采用的技術方案是，一種基于最小化加權向量動態范圍的波束圖綜合設計方法，按照以下步驟實施：

步驟1：建立通過最小化DRR進行波束圖綜合設計的目標模型；

步驟2：根據罰函數理論，將有約束的目標模型函數式轉換為無約束的優化模型；

步驟3：構造合理的可微逼近函數對目標模型中不可微部分進行逼近，進而滿足基于梯度的無約束優化算法的執行條件；

步驟4：利用構造的可微的雙曲線函數替換加號函數，得到無約束的光滑模型，于是采用基于梯度的快速的BFGS-Armijo算法將模型中的各個變量的值通過微分器和積分器進行求解，最終求解出的波束形成器的加權向量，所設計的波束圖完全滿足工程應用的要求。