[发明专利]一种同心圆环阵的稀布宽带优化方法

说明书

本发明公开一种同心圆环阵的稀布宽带优化方法，该方法首先针对圆孔径宽带阵列综合问题，以同心圆环阵为基础建立遗传算法种群，设计多频点对应的优化目标；然后循环开始，对种群个体的多个目标函数在超平面上归一化处理；进而计算出自适应归一化交叉半径，依此划分交叉子种群，分别求取对应概率；最后交叉产生的个体与父代合并，进行基于拥挤距离的非支配排序，得到子代种群；判断是否达到最大循环次数，若是则算法结束，否则重新进入循环开始。该方法将多目标优化应用于宽带阵列稀布，有效地提升了算法的收敛水平，抑制了稀布阵列在宽频带上的峰值旁瓣，能实现高性能的圆孔径宽带阵列综合。

技术领域

本发明涉及阵列综合领域，尤其涉及一种同心圆环阵的稀布宽带优化方法。

背景技术

在相控阵雷达、射电天文等领域中，具有宽带或超宽带的阵列有着非常广泛实际需求的应用场景；而同心圆环阵因其具有的对称性也应用广泛。随着阵列规模的扩大，与均匀阵列的综合相比，非均匀等幅激励的稀布阵列能够大幅度地降低天线系统的成本与复杂度，并能够达到均匀阵列的综合指标，因此得到广泛地研究与应用。然而对于具有高宽带的稀布阵列，如何设计阵元位置，实现宽频带上的方向图优化是该类研究的难点。

现有方法的主要思路为：一是通过宽带阵列设计经验，或设计指标公式的近似化，得到相应的阵列阵元几何分布的规则，依据此类近似规则，通过分形几何或旋转变换或密度锥削方法，确定性地直接得到阵元分布；二是在给定宽带阵列阵元分布约束的基础上，利用随机搜索算法，如DE算法、GA算法等，优化单一频率上的方向图指标，或优化相应的约束指标，进而得到迭代优化后的阵列分布。这些方法或是过于依赖设计经验或数学近似，或是用单一指标，而现有的多目标算法本身，因为应用于宽带阵列复杂度高、收敛性差，都难以做到较为全面地优化。

发明内容

本发明的目的在与针对现有技术的不足，提供宽带同心圆环阵的稀布优化方法，具体技术方案如下：

一种同心圆环阵的稀布宽带优化方法，包括以下步骤：

S1：初始化同心圆环阵列的约束参数，选择多个频点对应的方向图的阵列峰值旁瓣水平作为目标函数；

S2：计算种群每个个体的各目标函数，找到极值个体，并在超平面上归一化处理，计算其他个体到极值个体的归一化距离；

S3：根据步骤2得到的结果，计算自适应归一化交叉半径，进而划分交叉子种群，对各目标方向上求取子种群交叉概率，合并其交叉结果作为子代；

S4：对合并种群进行基于拥挤距离的非支配排序选择，判断是否达到最大循环次数，若否，则返回步骤2；若是，得到该子代种群中pareto等级为1的一组解。

进一步地，所述S1具体为：

S1.1：给定待优化的同心圆环阵列，每环起始阵元在x轴上，同心圆环阵列的频率范围为[f₀，f_max]，选取的优化目标频率f_i∈[f₀，f_max]，且必须存在f_i＝f₀，第i个频率下的阵列工作波长为λ_i，λ_i＝c/f_i，c为光速；阵列阵元最小间距d_min＝λ_max/2；

则该同心圆环阵列第i个频率下的方向图表示为：

式中：k_i表示第i个频率下的波数，k_i＝2π/λ_i,θ为仰角；为方位角；为第n个同心圆环上第m个阵元与阵列中心的连线相对于x轴的夹角；N为同心圆环数目；