[发明专利]一种矩形口径三角网格平面阵列天线的方向图数值优化方法

摘要

本发明公开了一种矩形口径三角网格平面阵列天线的方向图数值优化方法，首先根据天线发射频率、阵列口径尺寸和阵列单元间距等系统参数建立矩形口径三角网格分布的阵列单元布局；根据用户指定的波束指向角度确定每个单元的相位加权；然后设定幅度加权优化矢量，并初始化幅度加权优化矢量矩阵，采用差分进化算法对幅度加权优化矢量矩阵进行迭代数值优化，直到最佳优化矢量的适应度值低于设定阈值。本发明很好地解决了矩形口径三角网格平面阵列的数值优化问题，可快速优化出所需的幅度加权矩阵，使阵列二维方向图上的副瓣电平和零陷电平等特征满足指标。

主权项

1.一种矩形口径三角网格平面阵列天线的方向图数值优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据用户输入的系统参数，确定阵列单元的布局形式，生成单元布局矩阵F；(2)根据用户设定的波束主瓣指向角度(θ₀,φ₀)，确定每个单元的相位加权，得到相位加权矩阵(3)定义幅度加权优化矢量X如下：其中，L_X＝M_H+N_H+2，其中M_H＝(M_F‑1)/2和N_H＝(N_F‑1)/2，而M_F是阵列的单元行数，N_F是阵列的单元列数；基于幅度加权优化矢量X，根据差分进化算法理论，生成幅度加权优化矢量矩阵X_g如下：其中，N_p为用户设定的种群数量，g表示数值优化的代数；(4)采用差分进化算法对优化矢量矩阵X_g进行数值优化，在每一次优化迭代中，都包括变异、交叉和选择三个操作：对优化矢量矩阵X_g进行变异操作，得到变异矢量矩阵V_g；对X_g和V_g进行交叉操作，得到实验矢量矩阵U_g；在X_g和U_g之间进行选择操作，得到下一代的优化矢量矩阵X_g+1；V_g和U_g表示如下：在差分进化算法的选择操作中，将优化矢量X_i,g和实验矢量U_i,g作为目标矢量，并通过目标函数计算两类目标矢量的适应度值，将适应度值较小的目标矢量作为下一代的优化矢量X_i,g+1，该操作是一个循环迭代过程，即i＝1,2,...,N_P；在适应度值计算过程中，根据目标矢量X_i,g计算对应的Y方向一维幅度加权矢量A_Y，以及Z方向一维幅度加权矢量A_Z，再根据A_Y和A_Z计算二维幅度加权矩阵A；然后基于幅度加权矩阵A、相位加权矩阵和单元布局矩阵F，计算阵列总体加权矩阵W；根据目标矢量X，计算Z方向的幅度加权矢量如下：其长为M_F，由A_Z的表达式可见，Z方向的幅度加权矢量是对称分布的，将A_Z的每两个相邻的元素之间插入一个0元素，使其长度为M，即M＝2M_F‑1；据目标矢量X，计算Y方向的幅度加权矢量如下：其长为N_F，由A_Y的表达式可见，Y方向的幅度加权矢量是对称分布的，将A_Y的每两个相邻的元素之间插入一个0元素，使其长度为N，即N＝2N_F‑1；在得到Z方向的幅度加权矢量A_Z和Y方向的幅度加权矢量A_Y后，计算幅度加权矩阵A的方法可以表示为：然后阵列总体加权矩阵W计算如下：根据W计算阵列方向图E，然后根据阵列方向图E计算副瓣电平SLL和零陷电平NPL方向图特征，并根据方向图特征计算目标矢量的适应度值；(5)将优化矢量矩阵X_g+1中适应度值最小的优化矢量记为X_best,g+1，如果X_best,g+1所对应的适应度值仍大于设定的适应度阈值，则回到步骤(4)进行下一轮迭代优化；否则结束优化过程；根据最佳优化矢量X_best,g+1计算对应的总体加权矩阵W，作为阵列数值优化的最终结果进行输出。