[发明专利]基于蚁群算法的分布式嵌套圆阵列综合布阵方法

说明书

基于蚁群算法的分布式嵌套圆阵列综合布阵方法，涉及天线优化布阵技术领域。本发明是为了解决现有天线采用稀疏阵列布局法，阵列单元布局区域环境受限、工作过程中计算量大、且算法收敛速度慢，而嵌套排布的阵列规划和阵元布置方法对阵列方向图的优化效果差，其旁瓣电平高的问题。本发明提供了一种基于蚁群算法的子阵稀布与阵元稀疏的分布式嵌套圆阵列综合布阵方法，首先建立分布式嵌套圆阵列模型，然后建立优化模型，最后用蚁群算法对优化模型尽心优化。不但能够克服地形问题，灵活的进行布阵，还能够在阵元数量固定的前提下，采用本发明布阵能够显著降低天线阵列的峰值旁瓣电平。

技术领域

本发明属于天线优化布阵技术领域。

背景技术

对天线阵列进行优化的主要目的在于获得优良的性能指标，如天线的峰值旁瓣电平、主瓣宽度等，进而满足电子系统对天线阵列设计的需求。对天线阵列的优化主要包括阵列形状设计(如线阵、圆阵等)和阵元位置设计(如稀布、嵌套等)。对于稀疏排布的天线阵来说，如何对阵元位置进行排布，使得天线阵的方向图具有最小的峰值旁瓣电平，是天线布阵技术需要解决的主要问题。

现在的天线阵列大多为阵元均匀排布的阵列结构或在孔径范围内阵元稀疏排布的结构。阵元稀疏排布是指在阵元数量、阵元孔径等条件的约束下，通过各种算法对阵元的位置进行排布。这种方法的第一个缺点是计算量大，特别是在优化变量较多时，计算量会大大增加；第二个缺点是算法的收敛速度慢，想要达到稳定状态往往需要成百上千次的迭代；第三个缺点是阵元排布的灵活性不够，在地形相对较差的地区，这种阵列排布不能满足实际需求。

另外，目前也有少量采用嵌套排布的阵列规划和阵元布置方法，即将阵列划分成多级子阵，每一级阵列的间距不同，子阵内部各阵元间距固定；这种布阵方式的缺点是对阵列方向图的优化效果不好，其旁瓣电平太高。

发明内容

本发明是为了解决现有天线采用稀疏阵列布局法，阵列单元布局区域环境受限、工作过程中计算量大、且算法收敛速度慢，而嵌套排布的阵列规划和阵元布置方法对阵列方向图的优化效果差，其旁瓣电平高的问题，现提供基于蚁群算法的分布式嵌套圆阵列综合布阵方法。

基于蚁群算法的分布式嵌套圆阵列综合布阵方法，包括以下步骤：

步骤一：建立分布式嵌套圆阵列模型，该模型中包括N个半径为R、阵元总数为T的嵌套圆阵，每个嵌套圆阵包括M个实际阵元和T-M个虚拟阵元，且每个嵌套圆阵包括两级子阵，

将N个嵌套圆阵的圆心按照嵌套线阵的排列规则并按顺序进行排布，以N个嵌套圆阵的圆心所在直线为X轴，以X轴负方向、且距离第1个嵌套圆阵圆心λ/2的点为原点O建立直角坐标系XOY，则每个实际阵元所在半径与Y轴之间的夹角为阵元角度，λ为入射波长，

将N个嵌套圆阵任意分成H组，第i组包括N_i个嵌套圆阵、且每组中相邻两个嵌套圆阵圆心之间的距离为D_i，i＝2,...,H，D₁＝λ/2，则分布式嵌套圆阵列模型所在平面的方向图函数为：

其中，φ₀为信号源的方位角，φ为观察方向的方位角，φ_m为第n_i＝1,2,...,N_i个嵌套圆阵中第m＝1,2,...,M个阵元的方位角，β＝2π/λ，

步骤二：根据分布式嵌套圆阵列模型的方向图函数计算峰值旁瓣电平MSLL，并将峰值旁瓣电平MSLL作为适应度函数：

其中，S为方向图的旁瓣区间，F_dB(φ,φ₀)为归一化后的方向图函数，

则建立优化模型：