[發(fā)明專利]最小誤差的單點(diǎn)陣列響應(yīng)控制方向圖綜合方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110293693.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN113051745A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘭嵐;呂微慧;廖桂生;朱圣棋;許京偉;鄧敬亞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 侯瓊;王品華

本發(fā)明公開了一種最小誤差的單點(diǎn)陣列響應(yīng)控制方向圖綜合方法，主要解決了現(xiàn)有單點(diǎn)陣列方向圖無法靈活控制的技術(shù)問題。方案包括：1)初始化并開始迭代過程；2)選取待控制角度；2)通過使陣列誤差最小化得到相位響應(yīng)的閉式解；3)獲取權(quán)矢量的更新形式；4)得到權(quán)矢量對(duì)應(yīng)陣列的方向圖；5)判斷得到的方向圖是否滿足期望方向圖的要求，若滿足，則輸出該方向圖；否則，繼續(xù)迭代，重新調(diào)整權(quán)矢量進(jìn)行方向圖的合成。本發(fā)明通過使陣列誤差最小化，得到了虛擬干擾功率的精確計(jì)算形式，從而實(shí)現(xiàn)了方向圖的靈活控制，有效避免了方向圖的畸變現(xiàn)象，顯著提高了方向圖的靈活性，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)方向圖電平的精確控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)天線技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種最小誤差的單點(diǎn)陣列響應(yīng)控制(Single-Point Array Response Control-Minimum Deviation，SPARC-MD)方向圖綜合方法。可用于天線陣列靈活、穩(wěn)健、快速、滿足特定硬件要求的方向圖設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

隨著電磁環(huán)境的日益復(fù)雜化，為了應(yīng)對(duì)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)方向圖形狀的要求，方向圖綜合技術(shù)，即波束賦形，在陣列波束形成中被廣泛使用，如雷達(dá)抗干擾中，需要在特定位置形成深零陷來實(shí)現(xiàn)有效的干擾抑制，在遙感中，需要展寬方向圖主瓣來增加目標(biāo)探測(cè)的范圍。方向圖綜合技術(shù)通過對(duì)各個(gè)天線加權(quán)，包括數(shù)字加權(quán)和模擬加權(quán)，從而滿足方向圖期望響應(yīng)的需求。

利用優(yōu)化算法，如粒子群算法、遺傳算法以及模擬退火算法等的方向圖綜合技術(shù)，由于需要進(jìn)行全局搜索，通常運(yùn)算量大，尤其當(dāng)應(yīng)用到大規(guī)模陣列時(shí)，全局搜索方法需要消耗較長(zhǎng)時(shí)間得到滿意的方向圖結(jié)果。

利用凸優(yōu)化理論優(yōu)化方向圖，可以通過建模將方向圖綜合問題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化約束問題進(jìn)行求解。然而，此類方法不能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的方向圖響應(yīng)控制。FUCHS B等人在文獻(xiàn)”Application of convex relaxation to array synthesis problems”中利用半正定松弛SDR(Semidefinite Relaxation)的思想來進(jìn)行方向圖綜合，將非凸的方向圖綜合進(jìn)行松弛建模。但是，由于松弛后的問題與原問題不同，所以半正定松弛只能得到近似解。

利用自適應(yīng)陣列理論來控制方向圖，這類方法通過在方向圖中施加虛擬干擾來最小化與期望方向圖響應(yīng)的差值，盡管此類方法可以實(shí)現(xiàn)展寬零點(diǎn)、降低副瓣等效果，然而無法控制主瓣區(qū)域，且虛擬干擾的功率按照經(jīng)驗(yàn)方式選取，無法精確達(dá)到對(duì)方向圖響應(yīng)的期望值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，提出一種最小誤差的陣列響應(yīng)控制方向圖綜合的方法，用以解決陣列方向圖靈活控制的難題，實(shí)現(xiàn)陣列方向圖對(duì)主瓣和旁瓣的靈活控制，有效提高了陣列天線系統(tǒng)的性能。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的思路是：在每一步方向圖的合成過程中，首先選取與期望方向圖偏差最大的角度作為待控制的角度，在確保待控制的角度控制在期望電平值的情況下，使陣列誤差最小化，進(jìn)行相位響應(yīng)參數(shù)因子的精確選取，從而得到權(quán)矢量的更新形式，進(jìn)而獲得方向圖。如果得到的方向圖滿足期望方向圖的要求，則停止迭代，獲得滿意的方向圖；否則繼續(xù)迭代，重新調(diào)整權(quán)矢量。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體步驟如下：

(1)初始化：

(1.1)預(yù)先設(shè)定角度為期望信號(hào)的方位角θ₀，并設(shè)置初始權(quán)矢量w₀和該矢量相對(duì)于θ₀方向的歸一化方向圖響應(yīng)L₀(θ)：

w₀＝a(θ₀)，

其中，a(θ₀)表示期望信號(hào)的導(dǎo)向矢量，H表示共軛轉(zhuǎn)置；

(1.2)將迭代次數(shù)記作k，設(shè)置迭代終止條件如下：