[发明专利]直线阵列天线方向图的优化方法

摘要

本发明公开了一种直线阵列天线方向图的优化方法，主要解决现有天线方向图赋形优化速度慢、准确性不高，灵活性不强的问题。其实现步骤是：(1)设置系统给定的参数和系统要求的方向图电平值；(2)根据系统要求的方向图电平值生成电平抑制适应度函数、电平填充适应度函数和下倾角适应度函数；(3)初始化激励幅度、激励相位和单元间距参数，并按照优化公式进行迭代优化，直到满足三个适应度函数的值相加为零为止；(4)把优化后的激励幅度和或激励相位和或单元间距按照阵列天线方向图原理生成天线方向图，完成方向图优化。本发明具有运算速度快、准确性高，灵活性强的优点，能够满足各种系统要求的直线阵列天线方向图优化设计。

主权项

一种直线阵列天线方向图的优化方法，包括如下步骤：(1)按照系统要求，设置阵列天线的阵子单元数目N、工作频率F、阵子高度H、阵子臂长L、方向图下倾角度θmax和各方向角上的目标电平值f0(θ)；(2)根据各方向角上的目标电平值f0(θ)生成三个适应度函数：fitness1＝∑(max(f(θ)，f0(θ))‑f0(θ))m+∑abs(max(f(θ)，f0(θ))‑f0(θ))fitness2＝∑(min(f(θ)，f0(θ))‑f0(θ))m+∑abs(min(f(θ)，f0(θ))‑f0(θ))fitness3＝(f(θmax)‑f0(θmax))m+|f(θmax)‑f0(θmax)|其中，fitness1为电平抑制适应度函数，fitness2为电平填充适应度函数，fitness3为下倾角适应度函数，θ为方向角，m为0到10之间的偶数，θmax为方向图下倾角度，f0(θ)代表目标方向图垂直切面各方向角的电平值，f(θ)代表当前方向图垂直切面各方向角的电平值，按照如下公式计算： f ( θ ) = - 20 lg ( unit _ H * | unit _ L | * | Σ i = 0 N - 1 A ( i ) A ( 0 ) * e j [ ( P ( i ) P ( 0 ) ) + 2 πF ( Σ i = 0 N - 1 d ( i ) ) cos ( θ ) c 0 ] | ) - - - ( a ) 式中，umt_H＝2sin(2πHcos(θ)) unit _ L = cos ( 2 π FL sin ( θ ) c 0 ) - cos ( 2 πFL c 0 ) cos ( θ ) j为虚数单位，N为阵子单元数目，F为工作频率，H为阵子高度，L为阵子臂长，c0为空气中的光速，A(i)为第i+1个阵元的激励幅度，p(i)为第i+1个阵元的激励相位，d(i)为第i+1个阵元与第i个阵元之间的间距；(3)对天线各辐射单元的激励幅度A(i)、激励相位p(i)和单元间距d(i)初始化后分别按照以下优化公式进行优化，使得上述三个适应度函数的相加的结果为0，即fitness1+fitness2+fitness3＝0(b)优化公式为：datai(n+1)＝datai(n)+speedi(n+1)         (c)其中，speedi(n+1)＝W*speedi(n)+K1*rand()*(gbest‑tempbesti)+K2*rand()*(pbesti‑tempbesti)式中，W是0到1之间的常数，datai(n+1)是待优化变量datai经过n次迭代后的结果，speedi(n)是待优化变量datai的第n次步进值，rand()为0到1之间的随机数，K1和K2为1到5之间的常数，gbest当前为全局最优值，pbesti为当前局部最优值，tempbesti为当前计算值；(4)把按照步骤(3)所优化后的激励幅度A(i)、激励相位p(i)和单元间距d(i)代入(a)式求得f(θ)，则f(θ)即为最终的方向图。