[发明专利]一种应用于无人机的共形相控阵天线方向图综合方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于无人机的共形相控阵天线的方向图的综合方法，属于无人机技术领域。

背景技术

相控阵天线具有较多优点：系统功率效率高、可以获得天线赋形、电扫描跟踪速度快、隐身性能好等多种技术优势。如果天线单元分布在机体的表面，与机体的轮廓相同则形成共形相控阵天线。共形相控阵天线具有比平面相控阵更多的优点：安装体积小、不影响飞行器的气动性能、扫描范围更大等优点。

在无人机机头前段安装圆台结构的共形相控阵天线可以大大提高无人机的探测能力和隐身能力。共形相控阵天线为了获得更好的方向性，通常需要具有较好的低副瓣特性；为了获得低副瓣特性，需要对共形相控阵天线单元的激励幅度和相位进行优化。由于天线为共形结构，所有天线单元不在一个平面内，传统的平面相控阵天线综合的方法已经不适应于共形相控阵。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种应用于无人机的共形相控阵天线方向图综合方法。本发明通过将安装在无人机机头前段的圆台共形相控阵投影到一个平面上，在平面内利用平面相控阵综合的方法，先优化出各个单元幅度和相位的初始值，然后采用遗传算法对幅度相位进一步优化，直到得到满足给定低副瓣条件的各单元幅度和相位值。

一种应用于无人机的共形相控阵天线方向图综合方法，包括以下几个步骤：

步骤1：获取共形相控阵天线总的方向图；

步骤2：获得天线单元的幅度A_mn优化初始值；

步骤3：利用遗传算法对A_mn的初始值进行优化；

步骤4：获取低副瓣特性的共形相控阵天线方向图；

本发明的优点在于：

(1)采用平面相控阵优化方法可以快速得到各个单元幅度和相位的近似值；

(2)通过对副瓣区域的划定，减少了副瓣的搜索范围，可以大大提供遗传算法优化的速度；

(3)本方法还可以应用于可以将天线单元投影到一个平面上的任意共形相控阵的低副瓣方向图综合。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2是本发明的圆周方向幅度优化的初始值C_mn计算张角的示意图；

图3是本发明的圆周方向投影后平面幅度优化分布；

图4本发明的母线方向上平面幅度优化分布；

图5本发明的步骤3的方法流程图；

图6本发明中共形相控阵天线方向图的主瓣和第一副瓣的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种应用于无人机的共形相控阵天线方向图综合方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤1：获取共形相控阵天线总的方向图；

其中：为在全局坐标系下的总场，N表示母线上天线单元的个数，M表示圆周上单元的个数，A_mn为第(m，n)个天线单元的幅度，为第(m，n)个天线单元的相位，·表示点乘，为自由空间的波数，λ为电磁波的波长，为单元所在的位置矢量，为方向单位矢量，为天线主瓣方向的单位矢量，为局部坐标系Px′y′z′坐到全局坐标系oxyz下的变换矩阵，为第(m，n)天线单元在局部坐标系下的单元场方向图。为了得到低副瓣要求，需要对A_mn进行优化，将A_mn分解为沿着圆周方向的C_mn，沿着母线方向的L_mn，则A_mn＝C_mn*L_mn，*表示乘。

步骤2：获得天线单元的幅度A_mn优化初始值；

1)获得沿着圆周方向幅度C_mn优化的初始值；

找到天线单元中心所在的母线，作与圆台面相切的平面，天线单元中心所在的母线在切平面内；得到天线单元起始位置和天线单元终止位置，起始位置与圆心的连线与终止位置与圆心的连线形成张角获取起始和终止单元张角计算方法如图2所示，当大于180度时，取并得到圆周方向上天线单元的个数为M；