[发明专利]一种考虑电控参数协同的相控阵子阵设计方法

说明书

本发明属于信息科学技术领域，提出了一种考虑电控参数协同的相控阵子阵设计方法。包括：1)确定待设计相控阵子阵的辐射性能，定义二元选择变量以控制阵元与子阵之间的从属关系；2)引入辅助函数，将二元选择变量表达为新的设计变量χ的函数；3)将新的设计变量χ连续化，以使得优化设计能够高效进行；4)构造关于新的设计变量χ的惩罚函数；5)建立优化设计模型。本发明通过构建合理的参数化模型，将相控阵子阵设计问题转化为一个无约束的连续问题，适用于基于梯度的算法进行求解。通过同时优化子阵聚类变量和电控参数，在不减少可行域的情况下解决子阵设计问题。

技术领域

本发明涉及信息科学技术领域，尤其涉及一种考虑电控参数协同的相控阵子阵设计方法。

背景技术

相控阵天线在通讯、军事等领域有着广泛的应用。一般而言，相控阵天线的性能与阵元的数目有着紧密的联系，相控阵天线拥有的阵元数目越多，其对辐射波束的调控能力也就越强。传统相控阵天线的每个阵元都需要一组收发组件馈电以控制此阵元工作的馈电相位和馈电幅值。当相控阵天线的阵元数目增多时，随之增多的收发组件将带来馈电网络复杂和成本剧增的问题。在相控阵天线中将阵元分组，每组中的阵元由一组电控组件馈电便形成相控阵子阵。相控阵子阵在保证天线辐射性能的基础上可以有效降低成本，减轻馈电网络的复杂性。

相控阵子阵的设计问题是一类困难的组合优化问题。目前主要难点在于以下两点：1)对于给定的阵元数目和待划分的子阵数目，即使阵元，子阵数目均较小，其可行的子阵组合数过多，即解空间很大；2)此类问题为高非凸性问题。目前已有的相控阵子阵设计方法包括Irregular Subarray Tiling via Heuristic Iterative Convex RelaxationProgramming中指出的基于多联骨牌理论的设计方法，A Fast Graph-SearchingAlgorithm Enabling the Efficient Synthesis of Sub-Arrayed Planar MonopulseAntennas中指出的基于激励匹配策略理论的设计方法等。这些方法都是将原可行解空间缩减之后进行求解，这样将可能失去一些性能优异的子阵构型。另外，上述方法基本都应用智能算法求解问题，智能算法求解此类高非凸性问题时收敛速度慢，寻优能力较差。而且对于大规模问题，智能算法几乎是难以求解的。当考虑电控参数与子阵构型的协同设计时，此问题将变得更为困难。

因此，本发明研究了一种考虑电控参数协同的相控阵子阵设计方法。该方法通过构造合理的参数化模型，将相控阵子阵设计问题转化为一个无约束的连续问题，适用于基于梯度的算法进行求解。通过同时优化子阵聚类变量和电控参数，在不缩减可行解空间的情况下解决子阵设计问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种考虑电控参数协同的相控阵子阵设计方法。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种考虑电控参数协同的相控阵子阵设计方法，包括如下步骤：

步骤1：根据待设计相控阵子阵的辐射性能，例如合成低旁瓣笔形波束、赋形波束等，建立如下优化模型：

其中，w为相控阵阵元与子阵之间的从属关系；Ψ为合成待设计相控阵子阵的辐射性能目标函数；AF为相控阵天线辐射方向系数：