[发明专利]一种对地超低副瓣设计方法

说明书

本发明公开一种对地超低副瓣设计方法，其实现步骤是：1.建立坐标系，根据卫星轨道高度，确定对地球区域；2.确定分区进行超低副瓣方向图综合的分区数并确定各分区的初始区域；3.使用改进的交替投影算法对各分区的区域分别单独进行超低副瓣方向图综合，得到对各分区单独进行超低副瓣方向图综合的阵列加权值，确定各超低副瓣方向图的实际作用区域；4.根据主波束的俯仰方向的扫描角度，选择合适的阵列加权值。本发明能够实现大规模平面阵列快速对地球区域进行超低副瓣方向图综合，对地球区域副瓣抑制效果较好，有效减轻对于衰减器动态范围的需求，提高阵列的口径效率，减小增益损失，阵列综合时间短，可满足星载相控阵对地副瓣抑制的需求。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及阵列天线方向图的赋形优化，可用于大规模阵列天线的对地球区域低副瓣方向图设计。

背景技术

为了降低来自地球的干扰信号，提高系统的抗干扰能力，通常需要星载相控阵天线在对地球区域形成较低的副瓣。传统的方法是采用类似于泰勒分布或者切比雪夫分布的幅度单峰分布形式的单一阵列加权值，对所有副瓣进行超低副瓣方向图综合。但是对于平面阵列天线，为了实现超低副瓣方向图，通常需要较大的幅度激励动态范围，并且由于阵列幅度衰减较大，会导致阵列辐射效率降低，增益损失加大。不利于超低副瓣方向图的实现以及系统的应用。

针对上述问题，其中的一种解决方法是针对不同的扫描角度，对地球区域进行挖零，由于主波束扫描波位的不同，挖零区域相对于主波束的位置也不相同，因此阵列的幅相加权值也不相同，需要针对所有不同的扫描波位单独进行阵列的幅相权值的优化，因此优化规模巨大。在相控阵装配阶段，由于T/R组件射频通道的不一致性，需要根据优化得到的幅相加权值进行射频链路的幅度和相位的配平工作，上述针对不同扫描波位优化不同幅相加权值会严重增加该幅相配平的工作量。此外，繁多的加权值对于系统的数据存储空间需求也异常庞大。

因此一种阵列辐射效率高，增益损失小，对衰减器动态范围要求小，并且优化波位少、工作量小的对地球区域超低副瓣方向图综合策略显得尤为重要。

另一方面，随着微波毫米波芯片技术以及天线的发展，卫星平台的不断进步，需求的不断提高，星载有源相控阵阵列规模越来越大，对于阵列优化算法也提出了更高的要求。进化算法对于阵列规模较为敏感，随着优化变量的增多，其优化能力急剧下降，通常难以优化大规模阵列。传统交替投影算法优化速度快，对于阵列规模不敏感，非常适合于优化大规模阵列，但其作为一种局部优化算法，较容易陷入局部最优解。为了克服其陷入局部最优解的缺点，需要根据被优化的目标方向图的特点对算法进行改进。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种对地超低副瓣设计方法，以降低系统的电性能损失，提高二维阵列对特定区域实现超低副瓣的能力，实现波束的快速赋形，避免陷入局部最优。

本发明的设计思想是：通过改进传统交替投影算法的方向图和激励修正策略，提高算法的优化能力，避免陷入局部最优解。使用该改进的交替投影算法对各分区的区域分别单独进行超低副瓣方向图综合，得到对各分区单独进行超低副瓣方向图综合的阵列加权值，最后根据主波束的俯仰方向的扫描角度，选择合适的阵列加权值。

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)根据卫星轨道高度，确定对地球区域；

(2)确定进行超低副瓣方向图综合的分区数Q并确定各分区的区域，应确保各分区的区域作用范围均能覆盖上述对地球区域；依次对上述各分区区域进行如下处理：

(3)对当前处理区域Θ_q进行超低副瓣方向图综合：即以当前处理区域Θ_q内的最大副瓣电平SLL_inΘq以及Θ_q区域外的最大副瓣电平SLL_outΘq作为优化目标，进行阵列综合，得到综合后的激励以及综合后的方向图