[发明专利]一种矩形口径三角网格平面阵列天线的方向图数值优化方法

权利要求书

1.一种矩形口径三角网格平面阵列天线的方向图数值优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据用户输入的系统参数，确定阵列单元的布局形式，生成单元布局矩阵F；

(2)根据用户设定的波束主瓣指向角度(θ₀,φ₀)，确定每个单元的相位加权，得到相位加权矩阵

(3)定义幅度加权优化矢量X如下：其中，L_X＝M_H+N_H+2，其中M_H＝(M_F-1)/2和N_H＝(N_F-1)/2，而M_F是阵列的单元行数，N_F是阵列的单元列数；

基于幅度加权优化矢量X，根据差分进化算法理论，生成幅度加权优化矢量矩阵X_g如下：

其中，N_p为用户设定的种群数量，g表示数值优化的代数；

(4)采用差分进化算法对优化矢量矩阵X_g进行数值优化，在每一次优化迭代中，都包括变异、交叉和选择三个操作：对优化矢量矩阵X_g进行变异操作，得到变异矢量矩阵V_g；对X_g和V_g进行交叉操作，得到实验矢量矩阵U_g；在X_g和U_g之间进行选择操作，得到下一代的优化矢量矩阵X_g+1；V_g和U_g表示如下：

在差分进化算法的选择操作中，将优化矢量X_i,g和实验矢量U_i,g作为目标矢量，并通过目标函数计算两类目标矢量的适应度值，将适应度值较小的目标矢量作为下一代的优化矢量X_i,g+1，该操作是一个循环迭代过程，即i＝1,2,...,N_P；

在适应度值计算过程中，根据目标矢量X_i,g计算对应的Y方向一维幅度加权矢量A_Y，以及Z方向一维幅度加权矢量A_Z，再根据A_Y和A_Z计算二维幅度加权矩阵A；然后基于幅度加权矩阵A、相位加权矩阵和单元布局矩阵F，计算阵列总体加权矩阵W；根据目标矢量X，计算Z方向的幅度加权矢量如下：

其长为M_F，由A_Z的表达式可见，Z方向的幅度加权矢量是对称分布的，将A_Z的每两个相邻的元素之间插入一个0元素，使其长度为M，即M＝2M_F-1；

据目标矢量X，计算Y方向的幅度加权矢量如下：

其长为N_F，由A_Y的表达式可见，Y方向的幅度加权矢量是对称分布的，将A_Y的每两个相邻的元素之间插入一个0元素，使其长度为N，即N＝2N_F-1；

在得到Z方向的幅度加权矢量A_Z和Y方向的幅度加权矢量A_Y后，计算幅度加权矩阵A的方法可以表示为：

然后阵列总体加权矩阵W计算如下：

根据W计算阵列方向图E，然后根据阵列方向图E计算副瓣电平SLL和零陷电平NPL方向图特征，并根据方向图特征计算目标矢量的适应度值；

(5)将优化矢量矩阵X_g+1中适应度值最小的优化矢量记为X_best,g+1，如果X_best,g+1所对应的适应度值仍大于设定的适应度阈值，则回到步骤(4)进行下一轮迭代优化；否则结束优化过程；根据最佳优化矢量X_best,g+1计算对应的总体加权矩阵W，作为阵列数值优化的最终结果进行输出。

2.如权利要求1所述的矩形口径三角网格平面阵列天线的方向图数值优化方法，其特征在于，步骤(3)中，采用随机方法对X_g进行初始化，初始化时g＝0。