[發(fā)明專利]陣列天線中的低旁瓣波束設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010199197.1
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111400919B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 任光亮;丁晟;王奇?zhèn)?/a>
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H01Q21/00;G06F111/04
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華

1.一種陣列天線中的低旁瓣波束設(shè)計方法，其特征在于，包括如下：

(1)根據(jù)物理天線陣列結(jié)構(gòu)，結(jié)合用戶方位角度信息，得到初始的天線加權(quán)矢量p，計算出用戶的初始波束F；

(2)根據(jù)初始波束F，得到所要設(shè)計的目標(biāo)低旁瓣波束β；

(3)設(shè)計新的天線加權(quán)矢量w，使得該天線加權(quán)矢量對應(yīng)的信號波束逼近目標(biāo)低旁瓣波束β，即使得設(shè)計波束與目標(biāo)波束的均方誤差最小，達(dá)到降旁瓣的效果:

其中，A為天線陣列導(dǎo)向矩陣，||·||²為求二范數(shù)操作，(·)^H為共軛轉(zhuǎn)置；

(4)在逼近目標(biāo)波束即降旁瓣的同時，給主瓣加上如下約束，以保證波束主瓣增益：

w^Ha(θ_k)＝α 2

其中，θ_k為用戶的主瓣指向，1≤k≤M，M為天線陣列平面內(nèi)總的角度個數(shù)，a(θ_k)為天線陣列在θ_k角度對應(yīng)的陣列導(dǎo)向矢量，α為主瓣的增益約束；

(5)結(jié)合式1和式2，構(gòu)建出最終的優(yōu)化問題：

(6)對式3的優(yōu)化問題求解得到最佳的天線加權(quán)矢量w'，由天線加權(quán)矢量w'和天線陣列導(dǎo)向矩陣A，求得所設(shè)計的低旁瓣波束Q：

Q＝(w')^HA 4。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，(1)中得到初始的天線加權(quán)矢量p，和計算出用戶的初始波束F，分別表示如下；

p＝a(θ_k)

F＝p^HA＝[F(θ₁),…,F(θ_k),…,F(θ_M)]

其中，a(θ_k)為角度θ_k對應(yīng)的導(dǎo)向矢量，A表示天線陣列導(dǎo)向矩陣，F(xiàn)(θ_k)表示用戶k波束在角度θ_k的對應(yīng)取值，1≤k≤M。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，(2)中得到的目標(biāo)波束β，表示如下：

β＝[γF(θ₁),…,F(θ_i),…,F(θ_k),…,F(θ_r),…,γF(θ_M)]

其中，用戶的主瓣覆蓋角度區(qū)域為(θ_i,…,θ_k,…,θ_r)，θ_i為平面內(nèi)第i個角度，θ_r為平面內(nèi)第r個角度，1＜i＜k＜r＜M，γ為降旁瓣區(qū)域的波束增益縮小倍數(shù)，0＜γ＜1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，(5)中求解優(yōu)化問題，具體實現(xiàn)如下：

5.1)設(shè)優(yōu)化問題3對應(yīng)的拉格朗日函數(shù)為：

L(w,g)＝||w^HA-β||²+(w^Ha(θ_k)-α)g

其中，g為拉格朗日乘子向量；

5.2)取w的共軛向量w^*，將L(w,g)對w^*求偏導(dǎo)并置零：

其中，(·)^*表示去共軛操作；

5.3)由(5.2)得到最佳波束賦形矢量為w'

其中，R_s＝AA^H,R_d＝Aβ^H；

將w'代入式2中，求得拉格朗日乘子向量g

5.4)將g代入w'中，根據(jù)波束賦形矢量w'和天線陣列導(dǎo)向矩陣A，即可得到最終設(shè)計出的低旁瓣波束為：

Q＝(w')^HA。