[發明專利]一種采用知識和數據混合驅動的陣列天線設計方法

在審

• 申請號: 202210900482.0
• 申請日: 2022-07-28
• 公開（公告）號: CN115146544A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 無奇;王海明;余晨;陳煒琦;洪偉
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06T7/11;G06F17/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 孫建朋

1.一種采用知識和數據混合驅動的陣列天線設計方法，其特征在于，引入平面耦合區域分割技術和平面虛擬子陣擬合技術，結合機器學習數據驅動的方法，實現了快速的二維陣列環境下的有源元陣元的有源方向圖的建模。

2.根據權利要求1所述的采用知識和數據混合驅動的陣列天線設計方法，其特征在于，所述平面耦合區域分割技術將所考慮的陣元視作有源元陣元，即將每個陣元的位置特征而非陣列整體的排布作為陣元模型的輸入進行學習，繼而在其周圍劃分出一系列區域用以定義周圍陣元的互耦對所考慮的有源元陣元的有源方向圖的影響，并采用周圍陣元與所考慮的有源元陣元的距離的倒數作為其特征之一即相對位置特征，并對平面耦合區域中存在的相鄰單元個數小于一個耦合區域內所需考慮的臨近單元的數量的區域，采用虛擬的相對距離為無窮大的相鄰單元對該區域進行補全，從而保證了該相對位置特征的連續性。

3.根據權利要求2所述的采用知識和數據混合驅動的陣列天線設計方法，其特征在于，所述平面虛擬子陣擬合技術將有源元陣元的有源方向圖視作一個等間距的平面虛擬子陣在恰當激勵下所合成的陣列方向圖，從而將有源元陣元的有源方向圖的表征從逐角度的輻射信息轉換為平面虛擬子陣的激勵信息，從而降低了對有源元陣元的學習和預測所需要的計算復雜度。

4.根據權利要求3所述的采用知識和數據混合驅動的陣列天線設計方法，其特征在于，所述平面耦合區域分割技術具體包括以下步驟：將其周圍半徑為R_c的區域定義為將會對有源元陣元的有源單元方向圖造成影響的互耦區域，繼而將此區域根據方位角φ劃分成M個區域；對每個區域，將滿足下列條件的相鄰單元列入需要考慮的范圍：

其中i_m代表了所劃分的耦合區域的序號，而[r_m,k,φ_m,k]則定義了相應的鄰近單元在極坐標下與有源元陣元的相對位置，其中k代表了該鄰近單元與有源元陣元在區域m中的歐式距離為第k近，K表示在一個耦合區域內所需考慮的臨近單元的數量；對在耦合區域中，存在的相鄰單元個數小于K個的情況，采用虛擬的相對距離為無窮大的相鄰單元對該區域進行補全；由此定義的有源元陣元的輸入參數為：

l_n＝[x_n,1/r_n]^tr (1.2)

其中，x_n代表了第n個有源元陣元的絕對位置，tr表示對矩陣的轉置，而r_n代表了多個與所考慮的有源元陣元相鄰的陣元與有源元陣元之間的相對位置，表示為：

r_n＝[r_1,1,n,...,r_1,k,n,...,r_1,K,n,...,r_m,k,n,...,r_M,K,n]^tr (1.3)

其中r_m,k,n的第一個下標m表示所考慮的區域的序號，第二個下標k表示該區域中臨近單元的序號，第三個下標n表示所考慮的有源元陣元的序號；式(1.2)中對r_n的倒數處理確保了相對位置參數的連續性，即將無限遠處的相鄰單元的相對位置參數視作1/r_n＝0。

5.根據權利要求4所述的采用知識和數據混合驅動的陣列天線設計方法，其特征在于，所述平面虛擬子陣擬合技術具體包括以下步驟：

將有源元陣元的輻射信息的表征從逐角度的輻射特性轉換為一個等間距的平面虛擬子陣的激勵信息，擬合過程如下式所示：

其中g_n(u,v)代表需擬合的有源元陣元的有源單元方向圖在u-v坐標系下的復數值，g_ave(u,v)代表了陣列中所有陣元的有源單元方向圖的平均值，P代表所擬合成的平面虛擬子陣在行方向上的總個數，Q代表所擬合成的平面虛擬子陣在列方向上的總個數，c_n,p,q代表了該平面虛擬子陣在第p行第q列處的虛擬陣元n的激勵，d代表了該平面虛擬子陣的陣元間距，u和v代表所考慮的角度點在u-v坐標系下的表示，通過下式計算平面虛擬子陣的激勵c_n,p,q：

其中

g_n＝[g_n(u₁,v₁),...,g_n(u_k,v_s)]^tr (1.9)

其中g_ave(u_k,v_s)為g_ave(u,v)在相應的u-v坐標系下的值，通過計算下式來得到式(1.5)的解：

其中Z_n＝GE_n。