[发明专利]基于时间调制共形相控阵列的快速方向图综合方法

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及阵列天线方向图综合，可用于阵列天线的方向图设计。

背景技术

对于传统相控阵天线而言，为了实现超低副瓣方向图或复杂形状方向图的波束赋形，往往需要较大的激励幅度动态范围。这种较大的激励幅度动态范围致使工程中对阵列单元馈电精度和各项容差的要求很高，不但会增加馈电网络设计难度，而且会极大地降低阵列辐射效率。为了解决该问题，在阵列设计中引入了时间调制技术。这种时间调制阵列最早提出于20世纪60年代，该技术通过控制连接每个阵列单元的射频开关的导通时间，实现等效的幅度加权。由于时间调制阵列引入了新的设计自由度，将传统相控阵的激励幅度加权转换为时间幅度加权，能够将部分激励幅度域的动态范围转移给时间域，因此可以减小阵列激励幅度的动态范围，进而达到减轻馈电网络设计难度的目的。近年来，由于高速射频开关得到了广泛发展，因此时间调制技术也日益受到人们的重视。目前，时间调制阵列已经在超低副瓣方向图综合、波达方向估计、多波束方向图综合、阵列辐射效率提高等方面得到了广泛地应用。

相比于传统相控阵列，时间调制阵列在各次谐波分量处产生边带能量辐射，因此需要考虑边带频率方向图对阵列辐射性能的影响。此外，由于时间调制阵列增加了设计自由度，导致优化变量以及优化目标的增加，这势必会给阵列方向图综合算法带来较大的难度。目前，使用最多的阵列方向图综合算法是进化算法，包括差分进化算法，粒子群算法以及人工蜂群算法等。此类算法虽然具有良好的通用性，能够解决各类阵列方向图综合问题，但其固有缺点是，进化算法是一种随机优化算法，优化得到的解具有很大的随机性，并不能保证每次优化都能收敛到目标解空间。此外，进化算法通常依赖于巨大的种群规模以及较多的循环迭代次数，计算量大，运行速度慢。这些缺点都限制了进化算法在阵列方向图实时综合中的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于时间调制共形相控阵列的快速方向图综合方法，以缩短时间调制共形相控阵列方向图综合的时间，提高时间调制共形相控阵列方向图综合结果的稳定性。

本发明的设计思想是：通过引入交替投影算法，提高阵列方向图的优化速度以及优化结果的稳定性，通过分别综合中心频率方向图以及第一边带频率方向图，实现时间调制阵列快速方向图综合，通过将直线阵列反投影到共形曲面上，实现简单快速综合共形阵列方向图。

根据上述设计思想，实现本发明目的的技术方案包括如下步骤：

(1)根据系统指标要求设置时间调制共形相控阵列TC的目标参数：中心频率f₀处的目标辐射场方向图E_d、中心频率f₀处的目标辐射场方向图的主瓣波纹系数的动态范围w_ε、静态激励幅度的动态范围A_ε及脉冲持续时间的动态范围τ_ε；

(2)将上述时间调制共形相控阵列TC投影到直线上，得到时间调制直线相控阵列TL，对该时间调制直线相控阵列TL在中心频率f₀处的激励进行赋值，并将赋值后的激励作为时间调制直线相控阵列TL在中心频率f₀处的初始激励值

(3)将时间调制直线相控阵列TL在中心频率f₀处的激励作为优化变量，将该中心频率f₀处的辐射场方向图E_z的最大副瓣电平值S_z及主瓣波纹系数w作为优化目标；使用交替投影算法对所述的辐射场方向图E_z进行优化，得到时间调制直线相控阵列TL在中心频率f₀处优化后的激励，并将该激励作为时间调制直线相控阵列TL在中心频率f₀处的最终激励值

(4)对时间调制直线相控阵列TL在第一边带频率f₁处的激励进行赋值，并将赋值后的激励作为时间调制直线相控阵列TL在第一边带频率f₁处的初始激励值