[发明专利]一种用于机载预警共形阵俯仰探测波束赋形的设计方法

说明书

本发明属于天线技术领域，具体涉及用于机载预警共形阵俯仰探测波束赋形的设计方法，该设计方法的核心是通过在修正的伯恩斯坦多项式中引入幅度控制变量。通过这种方法，一方面使优化过程中优化变量减少加快优化速度，另一方面引入的幅度控制变量可使整个阵列副瓣电平降低这对于机载预警雷达探测而言是十分有利的。同时优化所得的单元激励变化平缓利于馈电网络的设计，使得相应的建造成本也大大降低。该方法可用于预警雷达俯仰面探测波束赋形设计、改善阵列副瓣和简化阵列馈电网络设计。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及用于机载预警共形阵俯仰探测波束赋形的设计方法，可用于实现预警共形雷达在探测时俯仰面波束赋形设计、改善阵列副瓣和简化阵列馈电网络设计。

背景技术

预警雷达是预警机上最主要的探测设备和情报来源，其探测对象一般为不同高度上飞行的飞机目标和海面舰船。在探测目标时，为避免信号衰减区域的出现和由反射引起的虚假目标需对俯仰面探测波束形状进行设计。波束赋形的应用实现对主要空域的覆盖，同时减小由地面等产生的反射所造成的影响。

天线波束赋形方法通常划分为：只调整天线单元的激励相位和同时加权天线单元幅值、相位这两类。泰勒和切比雪夫综合方法是天线阵中最简单、直观的解析方法，但其应用时通常对阵元间距有要求，且天线阵形状复杂或规模很大时，往往难以得到有效解。近年来，智能优化算法广泛应用于阵列赋形中。如利用粒子群算法、遗传算法等更新阵列幅值和相位完成阵列赋形。然而，这些赋形方法大都没有考虑阵列的口径效率，优化后的幅值会振荡。一方面，高度振荡的幅值会造成不容易对阵列进行馈电；另一方面，当平面线阵均匀激励时，其口径效率为1；当其采用泰勒加权法时，优化得到的单元激励幅值存在锥削，此时阵列口径效率小于1。虽然相比于均匀激励，大大降低了旁瓣，但这些方法大多以牺牲口径效率来降低副瓣电平。故在共形阵列赋形中需综合考虑阵列口径效率和副瓣电平。而伯恩斯坦多项式的引入为以较小的口径效率减少来获得更低的副瓣提供了一种方法。如论文Boeringer D W,Werner D H.Efficiency-constrained particle swarm optimizationof a modified bernstein polynomial for conformal array excitation amplitudesynthesis[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2005, 53(8):2662-2673.中利用5个参数的修正伯恩斯坦多项式对共形线阵进行赋形，发现采用修正的伯恩斯坦多项式得到的幅值相比于泰勒幅度加权能以牺牲较小的口径效率来获得更低的副瓣。还有利用两个一维修正伯恩斯坦式对俯仰面和方位面波束要求不同的圆柱共形面阵分别进行方向图综合。

然而，目前对伯恩斯坦多项式所做的改进无论应用于共形线阵或者面阵都忽略了阵列每行单元之间的联系和限制了副瓣的进一步降低，所优化出的每行单元激励幅值最大值都是相同的且为1，这样忽视了阵列不同行单元激励的“个性”。因此，应用修正的伯恩斯坦多项式时还需注意到阵列每行单元之间激励幅值的联系和考虑如何再改善阵列副瓣以便满足雷达低副瓣的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能使优化过程中优化变量减少加快优化速度，另一方面可使整个阵列副瓣电平降低，使得相应的建造成本大大降低、改善阵列副瓣和简化阵列馈电网络设计的用于机载预警共形阵俯仰探测波束赋形的设计方法。

本发明的目的是这样实现的，一种用于机载预警共形阵俯仰探测波束赋形的设计方法，其特征是，至少包括如下步骤：

步骤(1)，根据预警雷达平面阵口径效率一般表达式，推导共形阵的口径效率表达式：

所述的步骤(1)包括：阵列俯仰面场强的一般表达式

其中：

f_nθ(θ)表示单元矢量方向图在θ方向的极化分量；