[发明专利]一种三维阵列天线方向图旁瓣抑制方法

说明书

本发明公开了一种基于改进MOPSO和凸优化算法的三维阵列天线方向图旁瓣抑制方法。首先，对三维阵列天线方向图综合进行建模分析，给出阵列天线辐射方向图综合的基本数学模型，分别构建在阵列辐射方向和第一旁瓣抑制的约束条件下低旁瓣方向图综合的多目标函数；然后，利用拉格朗日乘数法得到极化方向性系数最大的激励，作为偏好信息加入MOPSO算法中，在此最优解附近产生初始种群并对模型进行迭代计算求解；同时，构建低旁瓣方向图综合的凸优化模型，利用凸优化工具求解不同门限约束下相应的最优解，进而得到低旁瓣约束条件下的三维阵列天线方向图，达到旁瓣抑制的目的。本发明提高了算法的优化性能，可高效快速地解决三维阵列天线方向图的旁瓣抑制问题。

技术领域

本发明属于三维阵列天线方向图综合研究领域，具体涉及一种基于改进MOPSO和凸优化算法的三维阵列天线方向图旁瓣抑制方法。

背景技术

随着各种先进的高性能探测传感器的出现，战机面临的战场环境越来越复杂。机载雷达天线是包含飞机上的所有雷达天线，其性能的好坏直接决定了飞机在复杂环境下作战的生存能力。随着三维阵列技术研究的深入，越来越多的三维阵列被应用到机载雷达上，将天线阵元安装在飞机表面，使得三维阵列天线与飞机表面共形，既不影响飞机的气动性能，又能使得机载雷达天线获得更高的工作性能，机载三维阵列天线技术已经成为一个研究热点。

分布式三维阵列的阵列布局优化是研究机载机会阵雷达的一个关键问题。为了使得机载机会阵雷达天线方向图能够具有方向性强、主瓣窄、旁瓣低等特性，分布式三维阵列的优化设计已经成为非常重要的技术。分布式三维阵列天线的优化布阵技术是对阵列的各种参数包括阵元的位置、工作状态、激励系数、极化方式等进行优化设计，以实现满足阵列结构和天线方向图综合的最佳效果。如何设计分布式三维阵列的激励权值和阵元的分布位置，使得分布式三维阵列能够在空间内产生方向性系数高、旁瓣低的方向图是半个多世纪来国内外学者一直研究的一个重要内容。国内外学者已经在三维阵列辐射方向图综合研究方面做出了大量的工作，采用多种优化算法对辐射方向图的综合进行研究，其中经典的方向图综合算法，如Woodward-Lawson算法、Dolph-Chebyshev算法、 Fourier算法、Taylor算法等，主要被应用在线阵和平面阵列的方向图综合中。

但是三维阵列天线的方向图综合对阵列的辐射方向、旁瓣、极化等都有要求，是一个多目标优化问题(Multi-objective Optimization Problem,MOP)，且三维阵列阵元的指向各不相同，阵列因子与阵元因子不再满足方向图乘积定理，因此不能采用经典的方向图综合算法进行求解。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是：在考虑三维阵列对低旁瓣和主波束辐射的多目标优化要求情况下，优化阵元激励幅度和相位，实现低旁瓣方向图的综合。

本发明提出了一种基于改进MOPSO和凸优化算法的三维阵列天线方向图旁瓣抑制方法，该方法提高了算法的优化性能，能够高效快速地实现对三维阵列方向图的旁瓣抑制。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种基于改进MOPSO和凸优化算法的三维阵列天线方向图旁瓣抑制方法，首先，对三维阵列天线方向图综合进行建模分析，给出三维阵列天线辐射方向图综合的基本数学模型，且在阵列辐射方向的约束条件下构建低旁瓣方向图综合的多目标函数maxD_co，在第一旁瓣抑制的约束条件下构建低旁瓣方向图综合的多目标函数然后，利用拉格朗日乘数法得到极化方向性系数最大的激励W，以激励W作为偏好信息加入 MOPSO算法中，并设定粒子最大游动速度从而在此最优解附近产生初始种群，并对三维阵列天线辐射方向图综合的基本数学模型进行迭代计算求解；同时，构建低旁瓣方向图综合的凸优化模型，利用凸优化工具求解不同门限约束ε_i下相应的最优解，可得到低旁瓣约束条件下的三维阵列天线方向图。

进一步的，包括以下步骤：