[发明专利]基于遗传算法频率分集共形阵列波束的解耦合方法及天线

说明书

本发明属于雷达天线技术领域，公开了一种基于遗传算法的频率分集共形阵列距离‑角度波束的解耦合方法及雷达天线，使用全波电磁仿真软件提取频率分集共形阵列天线单元的有源单元方向图，通过构建频率分集共形阵列远场功率方向图，利用遗传算法对阵列单元的激励幅值，激励相位以及阵元间频率增量进行优化，从而实现频率分集共形阵列方向图的主瓣集中于期望的距离‑角度区域，完成频率分集共形阵列距离‑角度波束的解耦合。本发明实现了方向图在期望的距离‑角度域形成主瓣，形成了距离‑角度域的解耦合波束，可用于检测距离‑角度域的目标，并抑制与距离相关的干扰。

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，尤其涉及一种基于遗传算法的频率分集共形阵列距离-角度波束的解耦合方法及雷达天线。

背景技术

共形阵列天线是指天线单元能够贴合于载体表面并且阵列结构具有与载体表面相同或相似形状的阵列天线。共形阵列天线具有能够实现宽角域波束扫描，能够保持原有载体平台的空气动力学特性，具有较低的雷达散射截面积等优点，因此被广泛地应用于飞机、导弹、火箭、卫星、舰船等载体平台。随着探测需求的多样化以及电子技术的发展，共形阵列天线已经成为当今阵列天线领域的研究重点。相控阵天线通过采用特定的馈电方式，可智能地控制和调整各阵列单元的幅度和相位，能够实现无惯性的波束扫描，并且能够对波束的数量以及扫描方式进行任意地控制，这些特点使其广泛应用于雷达、通信、导航等领域。通常相控阵天线各天线单元辐射频率相同的信号，其远场方向图的波束指向仅与角度有关，而与距离无关。随着电子器件集成化技术和硬件水平的不断提高，灵活的天线设计已经成为可能，频率分集阵列天线作为一种新型阵列天线体制逐步引起国内外的广泛关注。频率分集阵列的概念由P.Antonik等人于2006年国际雷达会议上提出。与传统的相控阵天线不同，频率分集阵列在天线单元间引入远小于载频的频率步进量，增加了阵列在距离维的自由度，由此可以产生距离-角度依赖的天线方向图。因此其波束扫描相比于相控阵天线具有更高的灵活性，为实现定向定距波束形成，抑制距离维度干扰，提高通信安全性等提供了可能。但是频率分集阵列的天线方向图在距离-角度域上存在耦合现象，即天线方向图主瓣呈“S”形分布而并非集中于期望的目标点上。这种距离-角度域耦合方向图使得频率分集阵列对复杂环境的适应能力较差。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前频率分集阵列的天线方向图在距离-角度域上存在耦合现象，能量不能集中于目标区域，使得频率分集阵列雷达对复杂环境的适应能力较差，限制了其在目标追踪、距离维干扰抑制等方面的应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于遗传算法的频率分集共形阵列距离-角度波束的解耦合方法及雷达天线。

本发明是这样实现的，一种基于遗传算法的频率分集共形阵列距离-角度波束的解耦合方法，所述基于遗传算法的频率分集共形阵列距离-角度波束的解耦合方法使用全波电磁仿真软件提取频率分集共形阵列天线单元的有源单元方向图；通过构建频率分集共形阵列远场功率方向图，利用遗传算法对阵列单元的激励幅值，激励相位以及阵元间频率增量进行优化，实现频率分集共形阵列方向图的主瓣集中于期望的距离-角度区域，完成频率分集共形阵列距离-角度波束的解耦合。

进一步，所述基于遗传算法的频率分集共形阵列距离-角度波束的解耦合方法包括以下步骤：

步骤一，设置系统指标参数，根据系统指标要求设置频率分集共形阵列的阵元数目N，阵元间距d，中心频率f₀，选取阵列的共形载体，确定阵列的单元形式；

步骤二，获取频率分集共形阵列单元的有源单元方向图，使用全波电磁仿真软件得到N元频率分集共形阵列中的每个阵列单元的有源单元方向图其中，n＝0,…,N-1，θ是空间俯仰角，是空间方位角；

步骤三，构建频率分集共形阵列的远场功率方向图；

步骤四，优化频率分集共形阵列远场功率方向图，完成距离-角度波束的解耦合。

所述步骤三进一步包括：