[发明专利]一种卫星动中通天线阵列的布阵方法及布阵系统

说明书

本发明公开一种卫星动中通天线阵列的布阵方法及布阵系统。本发明根据天线阵列的尺寸及阵元数量确定阵元位置矩阵的维数，能够同时考虑阵元的可分布空间以及可放置阵元的数量，最大化阵元分布的自由度。求解优化函数，获得使最大旁瓣电平最小的最优横坐标随机变量矩阵、最优纵坐标随机变量矩阵和最优权值矩阵。可见，本发明通过把带有最小阵元间隔约束、阵元总数约束、天线尺寸约束的问题转换为了只包含上下界的随机优化问题，成功的将多约束条优化问题转换为无约束优化问题，能够有效提高天线布阵的搜索效率，避免不可行解的出现，从而有效减少阵元间的互耦效应，在保证天线性能的前提下能够降低天线的成本、重量和功耗。

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，特别是涉及一种卫星动中通天线的布阵方法及布阵系统。

背景技术

动中通是移动通信(即运动中通信)的简称，即移动体之间或移动体与固定体之间的通信。在美国的军事科技文献中，宽带卫星“动中通”通常是指以地球同步轨道卫星为中继，实现的移动站与固定站、移动站与移动站之间的宽带、多媒体卫星移动通信。天线的性能直接影响到无线电设备的使用，为了满足人们对通信品质以及探测精度日益增长的需求，阵列天线被广泛的应用到各种无线通信以及雷达系统中。

动中通需要安装于载体的顶部才能实现与赤道上空的地球同步轨道卫星进行通信，而低轮廓动中通不需要在载体顶部挖洞或开槽，对载体外观改动少，可保持载体外观的完整性。同时，安装低轮廓动中通的载体运动过程中产生的风阻小，遇到陆地上的桥梁、涵洞时可通过性好。而且，战场中采用低轮廓动中通的作战单元战场隐蔽性强，信息传输保密性高，能极大地增强其战场生存能力。

为适应陆地车辆与空中飞机载体的需求，尤其是适应高速、机动的商务、家用轿车以及战场指挥通信车辆安装动中通的要求，当前国内、外动中通的研究正朝着降低动中通系统高度方向发展，低轮廓、低成本、高性能天线已成为宽带卫星动中通大范围推广与应用的核心关键技术。

降低动中通天线成本的一种重要手段是通过优化布阵减少阵元的数量，同时实现较好的天线性能。为了避免阵元间互耦效应，通常要求阵元间距大于半波长，为了满足天线增益要求，还要求优化后的天线结构满足天线孔径约束和总阵元数量的约束。由于平面阵列天线的优化是一个高度非线性的问题，因此将多约束优化问题转换为无约束优化问题能极大的提高优化效率，避免不可行解的出现。传统的改进遗传算法以及矩阵映射方法提出将阵元间隔约束转换为切比雪夫约束，但是实际操作时只考虑同一行或者同一列之间的阵元间隔，无法保证不同行列之间的阵元间隔满足约束要求，容易产生无法满足约束条件的不可行解，导致阵元间产生互耦，降低天线性能。

因此，如何减少卫星动中通天线阵元间的互耦效应，为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种卫星动中通天线阵列的布阵方法及布阵系统，通过把带有最小阵元间隔约束、阵元总数约束、天线尺寸约束的问题转换为了只包含上下界的随机优化问题，成功的将多约束条优化问题转换为无约束优化问题，能够有效提高天线布阵的搜索效率，避免不可行解的出现，从而有效减少阵元间的互耦效应，在保证天线性能的前提下能够降低天线的成本、重量和功耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种卫星动中通天线阵列的布阵方法，所述布阵方法包括：

获取天线阵列的尺寸、阵元数量及最小阵元间隔，其中所述天线阵列包括多个以阵列方式排布的阵元；

根据所述天线阵列的尺寸及所述阵元数量建立所述天线阵列的位置平面直角坐标系；

根据所述天线阵列的尺寸及所述阵元数量确定阵元位置矩阵的维数，并构造与所述阵元位置矩阵对应的权值矩阵，所述权值矩阵的元素为随机数；

根据所述阵元位置矩阵的维数及所述天线阵列的尺寸确定待分配行空间和待分配列空间；