[发明专利]一种阵列激励动态范围可控的宽波束增益增强方法

说明书

本发明公开了一种阵列激励动态范围可控的宽波束增益增强方法，属于天线技术领域。本发明对阵列宽波束增益进行直接优化，通过对阵列激励的有效控制，实现给定期望低副瓣条件下的宽波束增益增强。相较于传统子基于方向图优化的波束赋形方法，在相同条件下，可以获得更高的宽波束增益。

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种阵列激励动态范围可控的宽波束增益增强方法。

背景技术

在卫星多媒体信号的地面移动接收过程中，通常要求阵列天线具有较宽的波束，以确保阵列接收天线载体(如汽车、轮船、飞机等等)在快速位置变化过程中接收波束实时对准卫星。由于卫星多媒体信号的远距离衰落，接收端信号微弱，因此，要求阵列接收天线具有较高的增益，且具有较低的副瓣，以抗背景噪声和机器噪声，实现卫星多媒体信号的良好接收。同时，由于实际应用中，阵列激励控制元件(如放大器等)的工作范围有限，这要求实际阵列激励的动态范围可控。

为了实现阵列激励动态范围可控的宽波束赋形，现有方法主要通过对阵列方向图进行优化，以获得满足特定阵列激励动态范围的阵列激励分布，由于其主要针对阵列的波形进行设计，难以确保获得最优的阵列宽波束增益。

发明内容

本发明提供了一种阵列激励动态范围可控的宽波束增益增强方法，以用于在给定波束宽度、期望副瓣电平和期望阵列激励动态范围条件下，最大化阵列的增益。

本发明采用的技术方案如下：

一种阵列激励动态范围可控的宽波束增益增强方法，包括：

步骤S1，预处理：

对阵列天线的波束方向的值域进行离散化处理，得到多个离散点，表示为(θ,φ)，其中，θ表示波束方向的俯仰角，φ表示波束方向的方位角；

根据公式计算正定矩阵A，并对正定矩阵A进行矩阵分解A＝C^HC，得到矩阵C，其中，a(θ,φ)表示波束方向(θ,φ)的阵列因子；

将阵列天线的主瓣区域和副瓣区域分别均匀离散化为L_ML和L_SL个离散角；

遍历主瓣区域的每个离散角，基于每个离散角的阵列因子a_k，计算矩阵B₁的元素b_1,k＝C^-Ha_k，得到矩阵其中，主瓣区域的离散角编号k＝1,...,L_ML；

遍历副瓣区域的每个离散角，基于每个离散角的阵列因子a_s，计算矩阵B₂的元素b_2,s＝C^-Ha_s，得到矩阵其中，副瓣区域的离散角编号s＝1,...,L_SL；

步骤S2：设置迭代相关参数，包括：

设置三个门限c₀、c₁和c₂，最大内循环次数Imax，以及最大外循环次数Omax；

初始化两个惩罚因子ρ₁和ρ₂，初始化内循环次数ζ＝0，外循环次数r＝0；

初始化两对偶变量u₁和u₂，其中，u₁为L_ML维行向量，u₂为L_SL维行向量；

初始化阵列激励w，根据公式x＝Cw得到待求解量x的初始值；其中，w的初始化方式可以采用随机初始化，也可以采用其它惯用方式。

步骤S3，内循环更新处理：

步骤S3-1，计算第一中间量J和第二中间量