[發(fā)明專利]一種非均勻拋物線陣列天線設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011246386.6
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112307588A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭華
• 申請（專利權(quán)）人: 西安工程大學(xué)
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/27;G06N3/00;G06F111/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 羅笛

本發(fā)明公開的一種非均勻拋物線陣列天線設(shè)計方法，包括以下步驟：步驟1、構(gòu)建拋物線陣列天線的數(shù)學(xué)表達式，設(shè)定陣列天線的孔徑尺寸、陣列單元數(shù)目和拋物線相關(guān)參數(shù)；步驟2、計算具有最小陣元間距約束要求陣列單元位置；步驟3、計算拋物線陣列天線的輻射方向圖，計算輻射方向圖的最高旁瓣電平，得到適應(yīng)度函數(shù)值；步驟4、利用入侵雜草算法優(yōu)化陣列單元的位置，得到非均勻拋物線陣列天線設(shè)計優(yōu)化結(jié)果。本發(fā)明一種非均勻拋物線陣列天線設(shè)計方法，能夠降低方向圖最高旁瓣電平，大大降低饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計難度，避免相鄰陣列單元的重疊和降低陣列天線的互耦效應(yīng)，對相鄰陣列單元的最小間距進行約束，有效限制陣列天線的尺寸和陣列單元的數(shù)目。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陣列天線布陣方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非均勻拋物線陣列天線設(shè)計方法。

背景技術(shù)

非均勻陣列天線的研究始于上世紀六十年代，在上世紀八十年代成功應(yīng)用在ESAR、HAPDAR等雷達系統(tǒng)中。由于當(dāng)時受到計算機發(fā)展水平的限制，非均勻陣列天線設(shè)計方法主要有廣義非線性最小最大法、擴展投影方法和計算機的數(shù)值優(yōu)化方法等。近年來，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，促使各種算法在計算機上得以實現(xiàn)，人們可以對非均勻陣列天線的研究朝著大規(guī)模，嚴格約束條件的方向發(fā)展。

現(xiàn)有的具有復(fù)雜約束的非均勻陣列天線設(shè)計方法主要采用智能優(yōu)化算法，這類算法的尋優(yōu)效果很好，能夠得到令人滿意的結(jié)果，且近年來在陣列單元位置優(yōu)化中經(jīng)常被使用。但將智能優(yōu)化算法應(yīng)用到非均勻陣列天線綜合中，其算法設(shè)計復(fù)雜，需要預(yù)處理和后處理過程，運算時間長，優(yōu)化效果不理想。

復(fù)雜約束條件下的非均勻陣列天線設(shè)計方法只能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)相對簡單的陣列天線設(shè)計，如直線、平面、圓形等。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，特別是航空航天技術(shù)的發(fā)展，人們對陣列天線結(jié)構(gòu)的要求越來越高，往往需要復(fù)雜結(jié)構(gòu)的陣列天線，如復(fù)雜曲線、曲面結(jié)構(gòu)等，而現(xiàn)有的方法不能夠解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)、復(fù)雜約束的非均勻陣列天線設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種非均勻拋物線陣列天線設(shè)計方法，解決了現(xiàn)有方法只能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)相對簡單陣列天線設(shè)計的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種非均勻拋物線陣列天線設(shè)計方法，包括以下步驟：

步驟1、構(gòu)建拋物線陣列天線的數(shù)學(xué)表達式，設(shè)定陣列天線的孔徑尺寸、陣列單元數(shù)目和拋物線相關(guān)參數(shù)；

步驟2、由步驟1確定的陣列天線數(shù)學(xué)表達式，計算具有最小陣元間距約束要求陣列單元位置；

步驟3、由步驟2計算的陣列單元位置，計算拋物線陣列天線的輻射方向圖，計算輻射方向圖的最高旁瓣電平，得到適應(yīng)度函數(shù)值；

步驟4、根據(jù)步驟3計算的適應(yīng)度函數(shù)值，利用入侵雜草算法優(yōu)化陣列單元的位置，得到非均勻拋物線陣列天線設(shè)計優(yōu)化結(jié)果。

本發(fā)明的特點還在于，

步驟1具體包括以下步驟：設(shè)定陣列孔徑尺寸為2L，總的陣列單元數(shù)目約束為2N+1，將陣列單元布置在式(1)所示拋物線上：

y＝f(x)＝ax²+b (1)

通過改變公式(1)中的a和b的值獲得不同結(jié)構(gòu)的拋物線陣列天線。

步驟2具體包括以下步驟：

步驟2.1、通過公式(2)計算第n個陣列單元沿著拋物線到中心陣列單元的距離：

式(2)中，d_e是相鄰陣元之間的最小間距約束；N為陣列單元數(shù)目；d_nn＝2,3,…,N，為第n個陣列單元沿著拋物線到第一個陣列單元的距離；c_nn＝1,2,…,N-1，為由優(yōu)化變量確定的變量；

步驟2.2、通過式(3)計算每個陣列單元的位置：