[发明专利]基于二重粒子群算法的共形阵列同时发射多波束动态组阵方法

说明书

本发明涉及雷达通信技术，公开了一种基于二重粒子群算法的共形阵列同时发射多波束动态组阵方法，基于波束指向去除遮挡阵元并基于主波束增益最大化的遍历法则对阵元进行筛选。通过多目标粒子群算法实现各个指向的最优动态组阵，然后基于多元粒子群算法，对交叉阵元有效划分所属波束指向，最终实现同时发射多波束动态组阵。本发明能够在保证同时发射多波束且阵元不复用的基础上，实现各个波束发射方向图的综合优化。

技术领域

本发明属于雷达通信技术，尤其涉及共形阵列同时发射多波束动态组阵的优化技术。

背景技术

共形天线阵列，具有与载体共形的特点，其依附于载体表面，与传统平面阵列相比，具有更大的波束扫描范围、更小的散射截面积、以及易安装等优势，可广泛应用于星载、机载、弹载等领域。

相比于传统标量阵列，共形阵列由于受到共形载体曲率的影响，其各个辐射单元的单元方向图取决于阵元位置，因而共形阵列存在载体遮蔽效应和辐射单元方向图不一致性，导致共形阵列方向图每个指向可用阵元不同。除此之外，辐射单元方向图不一致性会引起共形阵列发射方向图存在较高的峰值旁瓣电平和严重的交叉极化，甚至会导致主波束指向偏离期望角度。因此，根据波束指向，对共形阵列辐射单元进行动态组阵，即选择部分阵元参与辐射实现稀疏布阵，可以有效对共形阵列方向图进行调整，实现对共形天线阵列发射方向图的优化。

遗传算法、粒子群算法等智能优化方法广泛应用于对辐射方向图的优化。粒子群优化算法可以被描述为粒子在可行域内加速趋向于最优位置的过程。2007年，Jin等人介绍了粒子群优化算法应用于实值、二进制、单目标和多目标优化的实现(参见文献：N.Jin andY.Rahmat-Samii,Advances in Particle Swarm Optimization for Antenna Designs:Real-Number,Binary,Single-Objective and Multiobjective Implementations,inIEEE Transactions on Antennas and Propag ation,vol.55,no.3,pp.556-567,March2007)。多目标粒子群优化算法引入了帕累托最优理论，避免了将多目标通过数学运算转化为单目标问题，可以有效解决多目标优化问题。

全数字阵列的一个优点是可以进行同时多波束形成以完成不同的任务。对于同时接收波束形成来说，共形阵列的阵元是可以复用的。但是在发射波束形成中，当任务工作为雷达模式时，为了更好的进行目标探测，功放需工作在饱和状态。同时发射多波束形成时，同一阵元发射的不同信号由于功放的原因会引入新的混频干扰。为避免这一问题，同时发射多波束形成时，阵元是不建议复用的。虽然共形阵不同波束指向可用阵元不同，但是仍然存在各波束之间可用阵元有重叠的情况。即阵元可被好几个指向使用，各指向存在竞争关系。目前鲜有研究同时发射多波束动态组阵的方法，现有方法对共形天线阵列的简单分区进行同时发射多波束，或存在多个指向存在阵元复用的问题，或难以同时综合实现各个波束方向图性能。因此，如何根据发射波束指向对共形天线阵列进行组阵，在保证同时发射多波束、阵元不复用的前提下，各个指向的发射方向图具有较好的性能，具有重大的研究意义。

发明内容

申请人分析了共形天线阵列的优势与特点，现有方法未能有效的对共形阵列阵元进行动态组组阵，以实现同时发射多波束。本发明所要解决的技术问题是，提出了一种能在满足同时发射多波束保证阵元不复用的同时获得各个指向更优的发射方向图的动态组阵方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于二重粒子群算法的共形阵列同时发射多波束动态组阵方法，包括步骤：

步骤1)设置直角坐标系下下半球面共形阵列，阵元水平垂直交替放置，阵元总数为N，阵元采用矩形微带天线，考虑多个发射波束指向，波束指向数为K；

步骤2)根据阵元位置和发射波束指向，判断阵元是否为该波束指向下的遮挡阵元，若为遮挡阵元则去除，获得各个波束指向下的阵元索引