[發明專利]基于復方向圖相位參數設計的陣列天線綜合方法

在審

• 申請號: 202010217068.0
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111460641A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 曾三友;章銳;程偉鵬;趙菲
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/12
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 易濱

1.基于復方向圖相位參數設計的陣列天線綜合方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將陣列天線的端口激勵和復方向圖的復數形式表示為實數形式；

S2、根據陣列天線的設計要求，利用期望的復方向圖匹配實際的復方向圖，從而建立非線性方程組；

S3、根據所述步驟S2中建立的非線性方程組，將陣列天線綜合問題轉化為最小二乘問題；

S4、根據相位設計參數對所述最小二乘問題進行優化；

S5、利用復方向圖相位迭代方法對優化后的最小二乘問題進行迭代求解，得到最優相位；所述復方向圖相位迭代方法包括以下步驟：

S51、隨機產生初始相位迭代計數器k＝0；

S52、根據步驟S4中的優化后的最小二乘問題，求出端口激勵的最小二乘解；

S53、根據步驟S52得到的端口激勵的最小二乘解，得到復方向圖的實數形式；

S54、根據復方向圖的實數形式，換算得到振幅-相位表示，所述復方向圖的相位向量為

S55、判斷是否滿足終止條件，若是，輸出最終的否則，迭代計數器k＝k+1，回到步驟S52進行循環迭代。

2.根據權利要求1所述的基于復方向圖相位參數設計的陣列天線綜合方法，其特征在于，所述步驟S1中，天線陣列的復方向圖f為：

式中，表示端口激勵，θ表示陣元輻射方向中的俯仰角，表示陣元輻射方向中的方位角，H表示矩陣的共軛；表示導向向量：

其中，λ表示電磁波波長，表示第i′個陣元的位置向量，n表示陣元個數；表示方向的單位向量，表示第i′個陣元輻射方向圖，T表示矩陣的轉置；

復方向圖的實數形式為：

其中，R(f)表示復方向圖f的實部，I(f)表示復方向圖f的虛部；表示端口激勵設計參數，由端口激勵的實部虛部組成：矩陣A由導向向量得到：

分別是導向向量的實部和虛部。

3.根據權利要求2所述基于復方向圖相位參數設計的陣列天線綜合方法，其特征在于，所述步驟S2中，對于任一輻射方向期望的復方向性因子值為f_i^(#)，i＝1,2,…,N，N表示輻射方向的離散化數目，θ_i表示第i個方向在三維空間中的俯仰角，表示第i個方向在三維空間中的方位角；

根據實際的復方向性因子值f_i得到振幅ρ_i：

式中，矩陣均由所述方向上的導向向量的實部虛部得到：

將期望的復方向性因子值f_i^(#)的振幅ρ_i^(#)與實際的復方向性因子值f_i的振幅ρ_i匹配，得到非線性方程組：

4.根據權利要求3所述基于復方向圖相位參數設計的陣列天線綜合方法，其特征在于，引入相位設計參數所述非線性方程組變為：

由此陣列天線綜合問題轉化為最小二乘問題：

其中：

5.根據權利要求4所述基于復方向圖相位參數設計的陣列天線綜合方法，其特征在于，所述步驟S4中，當給定相位設計參數時，所述最小二乘問題的解為：

其中，A⁺＝V·Λ^-1·U^T，矩陣U、V由矩陣A的奇異值分解得到：

A＝U·Λ·V^T，

Λ表示由矩陣A的奇異值組成的2N×2n階矩陣，U為2N×2N階正交矩陣，V為2n×2n階正交矩陣；進一步最優化所述最小二乘問題：

6.根據權利要求1所述基于復方向圖相位參數設計的陣列天線綜合方法，其特征在于，所述步驟S55中，所述終止條件為：當前均方根誤差與前一次循環中的均方根誤差的差值小于一定閾值，其中，所述均方根誤差的計算式為：