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专利号: 2017109350269
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: 计算;推算;计数
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:

1.一种有效控制激励幅度动态范围的阵列天线优化方法,具体步骤如下,其特征在于:步骤一:对平面阵列天线远场方向图做UV面转化:

步骤二:利用改近的迭代傅里叶算法,得出满足副瓣电平、主瓣宽度,波纹等辐射性能对应的单元电流激励值: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,主瓣波纹等辐射性能参数,同时有效控制激励幅度动态范围,本步骤需结合步骤二中的wMIFT,将MIFT算法中激励最大部分和最小部分单元的值经变换后直接给CP中相同位置单元赋值,可有效控制单元激励幅度动态范围,将待优化方程转化为凸优化问题,本发明中采用现有的解算工具求得可有效控制激励幅度动态范围且同时满足最优性能方向图所对应的加权矢量。

2.根据权利要求1所述的一种有效控制激励幅度动态范围的阵列天线优化方法,其特征在于:所述步骤1具体如下:其中M,N为矩形平面阵列单元数,单元间距d(dx和dy)为半波长,θ与 分别对应俯、仰角, 为对应单元的幅相激励参数,amn、 分别为电流和相位激励参数,m=

1,...,M,n=1,...,N,设 对(1)式做如下变化,

设置w=[I00,I10,...I(M-2)(N-1),I(M-1)(N-1)]T        (3);

公式(2)转化为:

AF(u,v)=aw                  (5)。

3.根据权利要求1所述的一种有效控制激励幅度动态范围的阵列天线优化方法,其特征在于:所述步骤2具体如下:

1)对Imn进行补零处理(首次迭代所有阵元激励均设置为1),变成C×L个值,进行二维离散傅里叶逆变换,两个方向的点数C和L(C,L为偶数)应满足C≥M和L≥N,根据式(2)计算平面阵列的阵因子AF(u,v),将辐射区域的离散取样点总数确定为K,将阵因子简化表述为AFk,k=1,...K,不可见空间区域中的值继续保留,u2+v2>1区域;

2)把阵因子AFk归一化后分解成幅度|AF|k和相位ψk;

3)把|AF|k分为主瓣和副瓣两个区域,首先,找出二维方向图主瓣和副瓣区域之间的分界线,即主瓣的第一零线。然后,把零陷以内即主瓣区域内指定波束宽度位置以及周围区域中|AF|k的值与理想的方向图的相同区域进行对比,超出理想方向图上下波纹的区域,直接用上下波纹的期望阵因子值代替,在副瓣区域内将|AF|k与期望最大副瓣电平Sll进行比较,对于超越最大副瓣电平的区域,即|AF|k>Sll,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|AF|'k,再利用步骤3)中的相位ψk计算得出新的AF′k,公式如下:

4)对AF′k进行二维离散傅里叶逆变换得出C×L个I(c,l),取前面的M×N个值作为激励幅值wMIFT,将单元中激励值幅度小于阈值的激励值,做相位保留、幅度用阈值替代的处理,处理后的激励幅值作为步骤1的初始值;

5)直至方向图满足理想方向图的要求,或者达到最大迭代次数后停止迭代否则重复步骤1-4。

4.根据权利要求1所述的一种有效控制激励幅度动态范围的阵列天线优化方法,其特征在于:所述步骤3具体如下: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(u,v)|2与理想方向图d(u,v)之间允许的最大差值,可有效控制波纹,ρ(u,v)为副瓣区域允许的最大电平。本发明对(7)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(u,v)l(l=1,...,L)以及(u,v)q(q=1,...,Q),结合公式(2)和(4),同时定义al=a(u,v)l,aq=a(u,v)q,dl=d(u,v)l以及ρq=(u,v)q,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(8)中主瓣区域表达式等同于:

上式为非凸优化问题,继续做如下数学变换:

其中w=wMIFTT        (10);

定义 且增加限制条件,将向量wMIFT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,将归一化后单元中激励值幅度小于阈值的激励值,其中阈值为正数,做相位保留、幅度用阈值替代的处理,激励幅度动态范围DRR表达式如下,DRR=max|w|/min|w|            (11);

上述步骤中的阈值根据设定的DRR来获得,被赋值的大小为1/DRR,(11)式转化如下: