[发明专利]一种形变阵列天线方向图和量化误差联合优化补偿方法

说明书

本发明公开了一种形变阵列天线方向图和量化误差联合优化补偿方法，包括理想有源相控阵天线辐射方向图的计算、相关参数的提取；建立有源相控阵天线有限元模型，确定阵面结构变形后的节点坐标；计算阵面结构变形后的远场方向图以及理想补偿相位；根据移相器最小移相相位对理想补偿相位进行向下取整；最后利用遗传算法以及理想辐射方向图的参数对向下取整得到的补偿相位进行优化，优化过程中的相位调整值为最小移相步进的整数倍，最终得到实际补偿相位。本发明根据实际工程中存在的激励相位限制，结合遗传算法，对理想补偿相位进行量化以及优化，最终用于实际的变形补偿过程中，在实际工程中具有重要价值。

技术领域

本发明属于平面型相控阵天线领域。

背景技术

天线作为电磁波的发射和接收装置，在无线电通信、广播、电视、雷达、导航、航空航天工程等方面都具有广泛的应用，而有源相控阵天线具有高增益、低副瓣、窄波束等优点，其应用范围更加广泛。但是，在实际工程中，会出现有源相控阵天线实际方向图与理想方向图不一致的情况，这是由于一方面在有源相控阵天线的加工、装配过程中，会出现机械误差；另一方面，在天线的实际工作中，会由于重力、受热等因素产生变形。从而使得有源相控阵天线阵面变为非理想状态，影响天线方向图。针对有源相控阵天线阵面变形引起的辐射特性改变，有两种补偿方法：即机械补偿与电性能补偿。

机械补偿主要通过控制作动器等施力装置，在天线阵面变形的情况下，施加外力，使得变形减小，以改善变形有源相控阵天线的辐射特性，达到补偿天线性能的效果。但机械补偿效率较低，一般单纯的机械补偿无法满足实际工程的要求。

电性能补偿主要是指调整激励电流的幅值与相位，对变形阵列的方向图进行补偿。电性能补偿包括相位法与幅相法两种。在实际工程中，移相器由于最小移相相位的限制，不考虑移相器量化误差的电性能补偿不具有实用性。

发明内容

针对上述问题，本发明基于相位补偿法与遗传算法，实现了在考虑移相器量化误差的情况下，对有源相控阵天线的阵面变形进行电性能补偿，对实际工程中的有源相控阵天线的变形补偿具有重要的工程价值。

本发明是通过下述技术方案实现的。

一种形变阵列天线方向图和量化误差联合优化补偿方法,包括如下过程：

(1)根据初始激励以及理想情况下的位置坐标信息，计算理想辐射方向图，提取并保留水平面与垂直面的主瓣增益与副瓣电平数据，作为遗传算法的优化参考；

(2)根据天线的几何参数、约束条件与载荷信息建立有限元模型，确定其阵面结构变形后相应辐射单元的节点坐标；

(3)计算阵面变形后远场，将阵面变形对方向图的影响转换为相位变化，则可得到将变形阵列辐射方向图补偿到理想辐射方向图的理想补偿相位；

(4)将理想补偿相位统一向下取整；

(5)以理想方向图的主瓣增益与副瓣电平指标作为补偿目标，利用遗传算法，对向下取整后的相位补偿量进行优化，优化过程中的相位调整值为最小移相步进的整数倍，从而得到考虑移相器量化误差的最优相位补偿量。

进一步的，所述步骤(1)中，理想有源相控阵天线辐射方向图为：

其中，I_n为第n个辐射单元激励幅值；为其激励相位；f_n(θ,φ)为其在孤立环境中的方向图函数；为其位矢；为空间单位向量；k为电磁波传播常数；j为虚数单位；提取并保留理想方向图水平面与垂直面的主瓣增益与副瓣电平数据。

更进一步的，所述步骤(2)中，在确定阵面结构变形后节点坐标时，只考虑垂直于阵列平面的方向的位移，忽略沿阵列方向的阵元位移；

更进一步的，所述步骤(3)中，按如下步骤进行：