[发明专利]阵列天线模拟多波束赋形方法

权利要求书

1.一种阵列天线模拟多波束赋形方法，其特征在于，阵列天线共用同一个射频，该方法为天线设定不同的权重系数，使得天线阵列在不同的方向上同时获得增益；设天线个数为N；波束赋形向量为w，也就是各天线的权系数向量；给定用户所处方向对应发射角的余弦值为Ω_k,k＝1,2,…,K，K为用户总数，为用户k设置的转向向量为a_k；

包括如下四种情况：

情况1：在给定2个方向波束增益需求的比例时，进行相位控制波束赋形；

对于情况1，设置波束赋形向量中各分量幅度相等，引入中间变量α构建优化问题，优化问题的目标是求取使得α最小的波束赋形向量，条件需满足：用户1和用户2的和满足给定的比例要求，各天线的权重系数的绝对值均不大于α；在求解时，先通过相位旋转使得是实数，然后再搜索的最优方向，求取最优解；其中，a₁、a₂分别是用户1和用户2的转向向量，上角标H表示共轭转置；

情况2：在给定2个方向波束增益中其中1个的下确界时，进行相位控制波束赋形；

对于情况2，设置波束赋形向量中各分量幅度相等，优化问题的目标是求取使得最大的波束赋形向量，条件还需满足：用户的波束增益满足给定的下确界要求；情况3：在给定K个方向波束增益需求的比例时，进行联合相位幅度控制波束赋形；

对于情况3，设计优化问题为：针对每一个用户k，找到一个波束赋形向量，使得在该波束赋形下其他用户的波束增益均为0，最大化该用户方向上的增益，在求解时满足波束赋形向量总功率||w||≤1的条件；最后，将求取的各用户的波束赋形向量，与各用户的波束增益需求比例相乘后叠加，获取最终的波束赋形向量；情况4：在给定K个方向波束增益权重因子时，进行相位控制波束赋形；

对于情况4，设置波束赋形向量各分量的幅度相等，求取使得K个用户的波束增益的加权和最大的波束赋形向量，各用户的波束增益的权重为给定的权重因子；所述的情况4下，进行相位控制波束赋形的方法是：设给定K个波束的发射角方向，记为Ω_k,k＝1,2,…,K，以及不同方向的波束增益权重因子，记为α_k,k＝1,2,…,K，仅进行相位控制；

设置波束赋形向量各分量的幅度相等，表示为：

设计如下优化问题：

对于目标函数一方面θ_k表示第k个波束的最优方向；另一方面最优解总能写成的形式，所以上述问题等价于：

|[v]_k|＝α_k,1≤k≤K

其中，向量A＝[a₁,a₂,…,a_K]，向量

求解的迭代过程包括两步：

第一步，对于每一个固定的v，w的最优解为

第二步，对于每一个固定的w，v的最优解为

求解时，设定一个初始值v，对以上2步进行迭代，直到某一次迭代前后目标函数的差值满足设定的精度要求，得到一个局部最优解w^*，作为最终的波束赋形向量。