[發(fā)明專利]基于多項(xiàng)式零點(diǎn)組合的線陣低副瓣雙波束泰勒綜合方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111661432.3
• 申請日: 2021-12-30
• 公開（公告）號: CN114297863B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉顏回;張寧;徐嘉威;楊仕文;胡俊
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18;G06F17/14
• 代理公司: 四川省成都市天策商標(biāo)專利事務(wù)所(有限合伙) 51213
• 代理人: 張秀敏

本發(fā)明公開一種基于多項(xiàng)式零點(diǎn)組合的線陣低副瓣雙波束泰勒綜合方法。該方法基于傳統(tǒng)泰勒綜合法，包括以下步驟：依據(jù)綜合目標(biāo)給定線陣的陣元數(shù)目、陣元間距、工作頻率、副瓣參考電平和期望的雙波束指向；利用切比雪夫多項(xiàng)式得到期望波束指向的理想空間因子零點(diǎn)；分別保留其主瓣區(qū)零點(diǎn)來構(gòu)成雙波束主瓣，使用辛格函數(shù)零點(diǎn)替換其副瓣區(qū)零點(diǎn)來構(gòu)成雙波束副瓣；調(diào)整波瓣展寬因子同時對部分零點(diǎn)位置進(jìn)行修正，最終得到組合零點(diǎn)多項(xiàng)式即雙波束泰勒空間因子；使用離散傅里葉變換法綜合出該陣列的激勵分布。該方法突破了傳統(tǒng)單波束泰勒綜合法的適用局限，相較于優(yōu)化算法提供了激勵的解析解，具有更高的綜合效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及陣列天線領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于多項(xiàng)式零點(diǎn)組合的線陣低副瓣雙波束泰勒綜合方法。

背景技術(shù)

在第五代通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)爆炸式的增長對通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率提出了更高的需求。為了擴(kuò)大通訊系統(tǒng)的通信容量，同時提高對頻譜的利用率，我們可以使用多波束天線的多重復(fù)用技術(shù)。而在點(diǎn)對多點(diǎn)無線通信系統(tǒng)中，主節(jié)點(diǎn)為了滿足不同支節(jié)點(diǎn)的通信需求，其陣列天線要實(shí)現(xiàn)多個波束的方向圖設(shè)計(jì)。除此之外，隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)更多的波束覆蓋能夠大大降低陣列設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。由此可見，陣列天線的多波束方向圖綜合算法已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。

迄今為止，學(xué)術(shù)界已經(jīng)提出了很多不同的陣列綜合方法。其中一些經(jīng)典的陣列綜合算法例如道爾夫-切比雪夫綜合法、泰勒綜合法、伍德沃德-勞森抽樣法、傅里葉變換法等方向圖綜合方法。此類方法可以提供陣列綜合的解析解，綜合效率較高。其中，泰勒綜合法設(shè)計(jì)靈活，適應(yīng)面廣，在工程上應(yīng)用最為廣泛。其方向圖在靠近主瓣某個區(qū)域內(nèi)的副瓣電平接近相等，隨后單調(diào)減小，有利于提高方向性系數(shù)。但是傳統(tǒng)的泰勒綜合法僅限于綜合單個聚焦波束的方向圖，無法解決雙波束綜合的問題。

近年來，一些學(xué)者提出了通過優(yōu)化陣元激勵來綜合多波束方向圖的方法。這些方法以數(shù)值優(yōu)化算法居多，雖然其對于具有復(fù)雜性、多樣性約束條件的高寬容度被廣泛應(yīng)用于各種場合。但仍存在效率低，綜合速度慢，無法得到較低副瓣電平和精確波束指向等問題，而能夠從傳統(tǒng)解析的角度出發(fā)，高效綜合多波束方向圖的方法較少。

中國專利202010043954.6公開一種基于混合自適應(yīng)粒子群算法的面多波束賦形方法。該方法將自適應(yīng)粒子群算法進(jìn)行改良，與遺傳算法進(jìn)行結(jié)合來進(jìn)行多波束方向圖綜合，擴(kuò)大了粒子的多樣性，防止粒子群過早陷入局部收斂，可用于對大型陣列的多波束綜合優(yōu)化。但是由于每次迭代都需要計(jì)算每個粒子對應(yīng)的方向圖及其代價函數(shù)，所以會導(dǎo)致整個綜合過程耗時較高。

中國專利202110679734.7公開一種基于FFT的遺傳算法綜合平面陣列方向圖的方法及系統(tǒng)。該方法將遺傳算法和快速傅里葉變換用于方向圖綜合。通過生成初始種群；將初始種群中的個體轉(zhuǎn)化為幅度相位激勵矩陣，對幅度相位激勵矩陣進(jìn)行快速傅里葉變換，得到陣列天線的方向圖。該方法可以顯著改善計(jì)算效率，在方向圖綜合過程中能夠有效地縮短計(jì)算時間。但是該方法只能針對單個聚焦波束進(jìn)行綜合，無法綜合多波束方向圖。

中國專利202110768476.X公開了一種基于分離校準(zhǔn)迭代FFT的唯相位多波束方向圖綜合方法。該方法能夠在迭代中不斷地校準(zhǔn)每個波束的指向，從而精確地調(diào)制每個主波束的波束指向，使每個主瓣指向期望的方向圖，對產(chǎn)生的多組初始激勵進(jìn)行唯相位優(yōu)化，最終得到多波束方向圖。該方法僅優(yōu)化陣元的激勵相位，能夠有效地降低饋電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度；經(jīng)過多次校準(zhǔn)，其使得綜合的波束指向的精確度較高。而且使用迭代FFT的方法，計(jì)算速率較高。但是該方法對副瓣控制并不夠精確，同時無法實(shí)現(xiàn)足夠低的副瓣電平。

為了解決上述技術(shù)存在的問題，同時擴(kuò)展傳統(tǒng)陣列天線綜合方法適用范圍，實(shí)現(xiàn)低副瓣雙波束方向圖函數(shù)的解析設(shè)計(jì)，本文提出一種基于零點(diǎn)組合的均勻線陣低副瓣雙波束方向圖綜合方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對傳統(tǒng)泰勒綜合法主要對單個聚焦波束綜合的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種基于多項(xiàng)式零點(diǎn)組合的線陣低副瓣雙波束泰勒綜合方法。該方法適用于線陣，可以在給出陣列綜合的解析設(shè)計(jì)情況下，精確實(shí)現(xiàn)低副瓣的雙波束方向圖。