[发明专利]基于复方向图相位参数设计的阵列天线综合方法

说明书

本发明提供一种基于复方向图相位参数设计的阵列天线综合方法，包括：S1、将阵列天线的端口激励和复方向图的复数形式表示为实数形式；S2、根据阵列天线的设计要求，利用期望的复方向图匹配实际的复方向图，建立非线性方程组；S3、根据非线性方程组将阵列天线综合问题转化为最小二乘问题；S4、根据相位设计参数对所述最小二乘问题进行优化；S5、利用复方向图相位迭代方法对优化后的最小二乘问题进行迭代求解，得到最优相位。本发明的有益效果：相比传统的设计方法，减少了寻找最优解的时间，降低了计算成本的同时提高了天线阵列的综合效率。

技术领域

本发明涉及天线设计技术领域，尤其涉及一种基于复方向图相位参数设计的阵列天线综合方法。

背景技术

阵列天线综合设计问题要求阵列天线可以辐射出指定的赋形方向图：给定阵元布局，期望的波束方向图如式(1)，求解阵列端口激励使得阵列方向图与期望的方向图匹配。

式中，N表示辐射方向离散化数目，θ_i表示第i个方向在三维空间中的俯仰角，表示第i个方向在三维空间中的方位角，i＝1,2,…N。

阵列天线综合设计问题可以建模成优化问题，描述如下：

最小化使得

其中，表示优化目标函数，例如天线阵列方向图综合中期望的方向图与实际设计所得方向图的误差函数；表示约束条件，例如天线阵列综合中旁瓣电平、零点；表示设计参数，对应端口激励，参数空间为

这类问题几乎都是复杂问题，具有非线性、约束、很多局部最优等特点，求解这类问题的研究文献很多，比如经典的数学优化方法，但此类方法大多是局部最优搜索方法，经常陷入极差的局部最优；群智能算法(演化算法)也具有解决此类问题的潜在优势，全局搜索能力强，且研究成果较多，但相对于经典数学优化方法，演化算法的计算速度较慢，难以满足天线阵实时赋形的要求。

专利号为CN110032766A的中国专利公开了一种减少天线阵列综合问题中设计参数数目的线性化方法，利用数学优化方法和演化算法，且将馈电激励参数设计转化为复方向图相位参数设计从而进行阵列综合，缓解了上述难点，但计算速度仍然较慢。总的来说，现有解决天线阵列综合问题的方法存在计算速度慢、设计参数多、综合效果不佳的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于复方向图相位参数设计的阵列天线综合方法，将阵列天线综合问题变成优化参数为复方向图相位的最小二问题，并设计相位迭代方法求解所述最小二乘问题，最终得到给定阵元数目、阵元位置以及激励幅度条件下的最优相位。

本发明提供一种基于复方向图相位参数设计的阵列天线综合方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将阵列天线的端口激励和复方向图的复数形式表示为实数形式；

S2、根据阵列天线的设计要求，利用期望的复方向图匹配实际的复方向图，从而建立非线性方程组；

S3、根据所述步骤S2中建立的非线性方程组，将阵列天线综合问题转化为最小二乘问题；

S4、根据相位设计参数对所述最小二乘问题进行优化；

S5、利用复方向图相位迭代方法对优化后的最小二乘问题进行迭代求解，得到最优相位；所述复方向图相位迭代方法包括以下步骤：

S51、随机产生初始相位迭代计数器k＝0；

S52、根据步骤S4中的优化后的最小二乘问题，求出端口激励的最小二乘解；

S53、根据步骤S52得到的端口激励的最小二乘解，得到复方向图的实数形式；

S54、根据复方向图的实数形式，换算得到振幅-相位表示，所述复方向图的相位向量为