[發明專利]基于電磁對消的陣列天線輻射與散射綜合優化方法

在審

• 申請號: 202010825165.8
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN111984911A
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 張帥;黃楠;白嬋;張倩銖;劉雨果;柏文泉;周肖
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G06F30/27;G06N3/12;H01Q21/00;G06F111/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

1.一種基于電磁對消的陣列天線輻射與散射綜合優化方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)構建電磁對消場景模型：

在三維坐標系XYZ下構建放置在XOY平面內且包括N個周期性排布的天線單元的陣列天線A＝[A₁,A₂,…,A_n,…,A_N]；在遠區放置M個雷達T＝[T₁,T₂,…,T_m,…,T_M]；設三維坐標系XYZ下一遠區觀察點P到坐標原點的距離為r，俯仰角為θ，方位角為其中，N≥2，第n個天線單元A_n的饋電幅度、饋電相位和激勵電流分別為α_n、β_n和I_n，第m個雷達T_m的方向為

(2)獲取陣列天線A的輻射場

(2a)令N個天線單元的饋電相位均為0，天線單元A_n的饋電幅度α_n＝1，其余N-1個天線單元的饋電幅度為0，并對A_n在遠區觀察點處的陣中輻射場進行測量：

其中，a表示輻射，B表示與天線單元A_n形式有關的比例系數，表示天線單元A_n的歸一化場強方向函數，表示天線單元A_n相對于天線單元A₁在空間產生場的相對相位；

(2b)對N個天線單元的陣中輻射場進行疊加，得到陣列天線A的輻射場

其中，∑表示求和；

(3)獲取陣列天線A的散射場

(3a)令N個天線單元的饋電幅度與饋電相位均為0，當M＝1時，雷達T₁在方向以單位幅度均勻平面波對陣列天線A進行照射，則雷達T₁探測到的陣列天線A的單站散射場為

其中，s表示散射，o表示單站，表示陣列環境中A_n的遠區散射場；

(3b)令N個天線單元的饋電幅度與饋電相位均為0，當M≥2時，雷達T₁在方向以單位幅度均勻平面波對陣列天線A進行照射，則其余M-1個雷達[T₂，…,T_m,…,T_M]在方向探測到的陣列天線A的雙站散射場為

其中，d表示雙站，表示陣列環境中A_n的遠區散射場；

(4)計算陣列天線A的總場

其中，當M＝1時,表示當M≥2時，表示

(5)定義優化算法的適應度函數fit(x)：

其中，x表示優化變量，x＝[α₁,α₂,…,α_n,…,α_N；β₁,β₂,…,β_n,…,β_N]^T，[]^T表示轉置，max[Gain(x)]表示A的最大輻射方向增益，表示A掃描過程中主波束指向，Psll表示峰值副瓣電平，Psll₀表示對Psll進行抑制的期望值，表示A的散射方向圖在探測雷達方向上的雷達截面，σ₀表示對A在探測雷達方向的雷達截面水平進行抑制的期望值，ω₁，ω₂，ω₃和ω₄表示權值系數；

(6)利用優化算法獲取陣列天線A的輻射特性與散射特性的綜合優化結果：

(6a)利用優化算法對優化變量x進行優化，得到優化后的優化變量為x^*：

x^*＝x′+x″

其中，x'＝[α′₁,α′₂,…,α′_n,…,α′_N；β′₁,β′₂,…,β′_n,…,β′_N]^T，x″＝[α″₁,α″₂,…,α″_n,…,α″_N；β″₁,β″₂,…,β″_n,…,β″_N]^T，α′_n和α″_n的取值范圍為[0,1]，β′_n和β″_n的取值范圍為[0,2π]；

(6b)將x'代入A_n的輻射場得到優化后A_n的輻射場并對所有天線單元優化后的輻射場進行疊加，得到陣列天線A優化后的輻射場

(6c)設定適應度函數fit(x^*)中權值系數ω₁，ω₂，ω₃和ω₄的值，并利用優化算法，通過輻射場對陣列天線A的散射場進行電磁對消，實現對陣列天線A的單站RCS減縮、雙站RCS減縮、全角域內的峰值RCS減縮以及整個工作頻帶內的RCS減縮；

(6d)將x”代入A_n的輻射場得到A_n優化后的輻射場對A_n優化后的輻射場進行疊加，得到陣列天線A優化后的輻射場

(6e)設定適應度函數fit(x^*)中權值系數ω₁，ω₂，ω₃和ω₄的值，并利用優化算法對輻射場進行優化，實現但不限于最大輻射方向增益損失最小、峰值副瓣電平抑制在較低水平和掃描角最大程度的拓寬。

2.根據權利要求1所述的基于電磁對消的陣列天線輻射與散射綜合優化方法，其特征在于，步驟(5)中所述的A的散射方向圖在探測雷達方向上的雷達截面計算公式為：

其中，表示照射到陣列天線A上的入射波強度，表示陣列天線A在該入射波照射下產生的散射強度，r→∞表示在遠場區。