[发明专利]一种多频段共口径阵列天线稀疏优化方法及系统

说明书

本发明公开了一种多频段共口径阵列天线稀疏优化方法及系统，属于阵列天线设计技术领域，包括以下步骤：S1：多频段不重叠矩阵合成；S2：多频段阵元位置筛选；S3：多频段等间距网格扫描操作；S4：适应值计算；S5：迭代优化计算。本发明可应用于多频段多种阵元间距限制条件下有效排布阵元的求解问题，大幅度提高了优化效率；采用等间距网格扫描操作将阵元移动面积放大至全区域，可对扫描参数自定义，提高了阵元位置的多样性及寻得最优解的可能性；优化获得的阵列天线可具有低副瓣、高增益特性；应用于大型地面通信或预警雷达系统时，可有效提高雷达的工作距离，降低雷达系统的成本和重量。

技术领域

本发明涉及阵列天线设计技术领域，具体涉及一种多频段共口径阵列天线稀疏优化方法及系统。

背景技术

雷达跟踪、生物医学成像、卫星与地面通信和远程感知应用等均对天线方向图副瓣、零深、主瓣宽度和形状以及方向性有较高要求。为了合成笔形波束，基于等间距排布的多种方法已经发展较为成熟。虽然等间距排布应用较为广泛，当使用该排布形式设计大口径阵列天线时存在造价高和重量大的问题，因为大量的阵元需按照半个波长的间距排布以避免出现栅瓣。为了解决上述问题，非等间距排布开始被研究。基于进化算法的多种优化方法被应用于稀疏阵列优化中，并经过多次改进使算法可有效避免局部解。

天线方向图的特性中副瓣电平决定了所应用系统在发射和接收电磁波时的性能，低副瓣电平可使雷达系统具有高隐身性和抗干扰性能，系统接收到的能量均从主瓣进入，提高了系统识别待探测物体的方向和位置信息的能力。基于低副瓣电平优化的大型阵列稀疏设计可使雷达或通信系统天线阵列单元数大幅度减小，通过减少后端T/R数量降低系统成本。传统阵列天线稀疏优化方法针对单一阵元的优化，即仅存在一种天线单元，在规定的区域内对这种天线单元进行位置优化，使其方向图具有低副瓣特性。这种情况下天线阵列稀疏优化时天线单元之间需满足一种单元间距限制，即任意两个单元之间的间距需大于天线单元尺寸。随着系统性能要求不断提升和天线阵列设计不断发展，天线需具有超宽带特性，在天线本身带宽受限的情况下尝试使用多种不同频段的天线进行共口径设计，此时天线单元之间需满足多种不重叠的间距限制。此时不仅需要考虑每种频段的天线阵列内部的单元是否交叠，还需判断不同频段之间的天线单元是否存在交叠现象，优化过程较为复杂。上述问题亟待解决，为此，提出一种多频段共口径阵列天线稀疏优化方法及系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：在实现多种频段阵列天线共口径设计的同时如何提高大型阵列天线稀疏优化效率，提供了一种多频段共口径阵列天线稀疏优化方法，基于随机阵元位置生成方法，对生成的阵元位置进行间距筛选，接着按照区域扫描规则对重叠的随机点进行处理。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括以下步骤：

S1：多频段不重叠矩阵合成

建立坐标系，根据各种频段阵列天线的阵元尺寸构建阵元集合需满足的不重叠间距限制矩阵；

S2：多频段阵元位置筛选

根据步骤S1中的多频段不重叠矩阵，对随机产生的阵元集合进行间距判断，输出所有不符合间距要求的阵元编号组，每个阵元编号组包括两个重叠阵元的编号，命名为#1和#2；

S3：多频段等间距网格扫描操作

对步骤S2中获得的所有阵元编号组中的#1进行筛选，去除所有#1中相同的编号，获得两两互异的#1集合；对该#1集合中的每个编号的阵元分别进行等间距网格扫描，并进行多频段阵元位置筛选判断是否存在重叠阵元；

S4：适应值计算

根据步骤S3中多频段阵元位置筛选判断结果，计算或设置优化适应值；

S5：迭代优化计算

重新生成随机阵元集合并重复步骤S1～S4，根据遗传算法进行迭代和优化。