[发明专利]宽带宽角扫描相控阵天线阵元失效后的方向图重构及修复方法

说明书

本发明公开了一种宽带宽角扫描相控阵天线在阵元失效后的方向图修复方法，包括：将相关的失效阵元权值系数赋值为0；计算宽带宽角扫描相控阵天线在阵元失效后的阵列方向图函数，针对线阵失效的问题，适应度函数选取各频点重构方向图中的峰值副瓣电平；面阵失效后修复则选取各频点重构方向图对应峰值副瓣电平的累加值作为适应度函数；利用头脑风暴优化算法优化剩余完好的阵元激励；将求解得到的最优个体变量值作为剩余有效阵元的激励权值，得到修复后的阵列方向图结果，并以此评估阵列性能。本发明在不更换阵元的情况下，对部分阵元失效后的阵列进行修复，降低了修复成本；引入头脑风暴优化算法，更容易得到优化问题的全局最优解。

技术领域

本发明涉及方向图修复技术，特别是一种宽带宽角扫描相控阵天线阵元失效后的方向图重构及修复方法。

背景技术

宽带宽角扫描相控阵天线由于其相对带宽较宽，可以实现天线的复用，因而如今被广泛应用。

然而在系统运行期间，天线单元可能随时发生故障。失效的阵元将引起阵列的性能下降，严重时会导致阵列方向图发生畸变，主要体现于副瓣电平急剧抬高。目前常采用更换阵元的方式进行补偿。直接更换失效单元虽然补偿的效果最佳，但有时难度较大甚至无法实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种宽带宽角扫描相控阵天线阵元失效后的方向图重构及修复方法，用于解决宽带宽角扫描相控阵天线阵元失效的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种宽带宽角扫描相控阵天线在阵元失效条件下的方向图修复方法，该方法是在已知阵列失效位置的情况下，进行如下步骤，达到阵元失效修复的目的，具体包括以下步骤：

步骤1、将相关的失效阵元权值系数赋值为0；

步骤2、计算宽带宽角扫描相控阵天线在阵元失效后的阵列方向图函数，针对线阵失效的问题，适应度函数选取各频点重构方向图中的峰值副瓣电平；面阵中则选取各频点重构方向图对应峰值副瓣电平的累加值作为适应度函数；

步骤3、利用头脑风暴优化算法优化剩余完好的阵元激励；

步骤4、将求解得到的最优个体变量值作为剩余有效阵元的激励权值，得到修复后的阵列方向图结果，并以此评估阵列性能。

进一步地，步骤2所述的计算宽带宽角扫描相控阵天线在阵元失效后的阵列方向图函数，针对线阵失效的问题，适应度函数选取各频点重构方向图中的峰值副瓣电平。面阵中则选取各频点重构方向图对应峰值副瓣电平的累加值作为适应度函数，具体如下：

步骤2.1、根据失效阵元的位置，分别建立如下宽带线阵及面阵的阵列方向图函数：

式中，x_n为线阵中第n个阵元的位置，I_n为第n个阵元对应的幅度激励，f为阵列对应频率，c为光在真空中的传播速度，θ为俯仰维角度采样，当波束指向为θ₀时，各频点下对应的阵元激励的相位为阵元间距d_n需满足：

式中，L为阵列对应的口径大小，λ为对应波长，λ＝c/f；S_n是一个随机变量，用于描述阵元失效与否，当阵元完好时S_n＝1，失效时则S_n＝0，即：

式中，p代表阵元失效情况发生的概率；