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专利号: 2017101012419
申请人: 金陵科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于MIFT与CP混合算法的仅相位加权阵列天线波束赋形优化方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:对等间距线性阵列天线远场方向图做转化处理,表达式如下;

M单元直线阵的阵因子可以表示为:

或者f(θ)=a(θ)Hw                    (2);

其中a(θ)H=[1,ejθ...,ej(M-1)u]w=[I0,I1...,IM-1]T;

其中Im为第m个阵元的激励电流复值,θ为偏离阵列法线方向的角度,λ为波长,d为阵元间距。为保证用改近的迭代傅里叶算法计算天线方向图的正确性,MIFT点数N需满足大于阵元数M,且满足N=2v,v为正整数,计算过程中对In进行补零处理。从而快速傅里叶变换公式为;

与远场方向图函数表达式(2)等价一致;

利用 表示M个单元激励电流复值,其中s=1...S,S为赋形方向图数量,满足仅相位加权波束赋形变换,需存在共用激励电流向量,如下;

即针对不同的辐射方向图,阵列的单元激励电流值均为共用向量Icommon,向量中所有值均为正数;

步骤二:利用改近的迭代傅里叶算法得出满足各自辐射性能要求的方向图所对应的单元激励,并保留其中所有赋形波束所对应的共用向量Icommon,步骤如下:

1)针对第S个方向图,对Is进行补零处理,变成N个值,根据式(2)计算线性阵列的阵因子n=1...N;

2)把阵因子 归一化后分解成幅度 和相位

3)把 分为主瓣和副瓣两个区域;

首先,找出方向图主瓣和副瓣区域之间的分界线,即主瓣的第一零陷;

然后,把零陷以内 的值与理想的方向图的相同区域内阵因子值进行对比,超出理想方向图内所设置的波纹上下限的区域,直接用上下波纹的期望阵因子值代替,在副瓣区域内将 与期望最大副瓣电平Sll(s)进行比较,对于超越最大副瓣电平的区域即直接用最大副瓣电平值代替,主瓣以及副瓣调整后,得到新的幅度值再利用步骤2)中的阵因子相位 计算得出新的 公式如下:

5)对AFsnew进行一维离散傅里叶逆变换得出N个复值,取前面的M个值作为激励幅值Is’,将单元激励复值 解成幅度 和相位 对各方向图对应的同一单元的不同激励电流幅值,做均值处理:并结合 得出仅相位加权同一阵元辐射不同方向图所对应的激励复值作为新的单元激励值,公式如下:将 作为本步骤1)中新的单元激励向量;

6)直至各方向图均符合理想方向图的要求,或者达到最大迭代次数后停止迭代,否则重复步骤1-5;

步骤三:利用改进的凸优化算法来改进各辐射方向图的副瓣电平最大值、主瓣宽度,主瓣波纹及相关辐射性能参数,本步骤需结合步骤二中的|I|common,具体过程如下:以任意一个辐射方向图为例,将主、副瓣辐射性能参数归结为如下数学公式:其中SB和SL分别代表方向图的主瓣和副瓣区域,ε为主瓣区域实际辐射的方向图|f(θ)|2与理想方向图d(θ)之间允许的最大差值,可有效控制波纹,ρ(θ)为副瓣区域允许的最大电平,对(9)中对应的主、副瓣部分做如下变化:对主瓣区域SB以及副瓣区域SL做量化取样处理分别得到θl(l=1,...,L)以及θq(q=

1,...,Q),同时定义al=a(θl),aq=a(θq),dl=d(θl)以及ρq=ρ(θq),结合公式(2),方向图综合问题转化为寻求未知复数向量来满足如下数学表达式:式(10)中主瓣区域表达式等同于 for l=1...,L,为非凸优化问题,继续做如下数学变换:

其中wMIFT=IMIFTT        (11);

定义 且增加限制条件,将向量IMIFT中最大的G个电流激励值直接赋给待求复值向量w中的相同激励单元,其中G小于阵元个数,(10)式转化如下:其中 且 上述公式结合了步骤二中求

得的相位激励向量 仅相位加权的方向图综合问题归结为求共用电流激励向量|w|common来同时满足S个方向图赋形要求的凸优化问题,即寻求|w|common使其满足如下数学表达式;

该步骤将待优化方程转化为凸优化问题,采用现有的解算工具求得满足上述约束条件下仅相位加权的最优性能方向图所对应的加权矢量。

2.根据权利要求1所述的基于MIFT与CP混合算法的仅相位加权阵列天线波束赋形优化方法,其特征在于:所述线阵天线由27个单元组成,单元间距设置为半波长,约束条件为平顶波束主瓣为|sinθ|≤0.26,波纹为0.25,副瓣最高电平为-25.3dB,笔形波束的副瓣最高电平为-29dB,余割平方赋形主瓣范围-0.0053≤sinθ≤0.745,左副瓣最高电平为-25dB,右副瓣最高电平-29dB,波纹为0.3。