[发明专利]一种近场稀疏阵列天线波束建立方法及装置

说明书

本发明提供了一种近场稀疏阵列天线波束建立方法及装置，属于无人机集群的电子对抗领域，包括：将无人机集群中的各无人机当作阵元，将无人机集群的侦察对象作为目标；以无人机集群分布区域的中心为原点，无人机集群所在平面为xoy平面，建立基于无人机集群的坐标系；结合约束条件，构建无人机集群的阵元分布；根据无人机集群中阵元与目标构成的连线与z轴的夹角，以及阵元与目标构成的连线在xoy平面的投影与x轴的夹角，建立无人机集群对应的超稀疏阵列模型；基于超稀疏阵列模型，建立天线阵列合成波束的方向图。在无人机侦察目标的过程中，可以通过分析天线阵列合成波束，评判天线波束是否集中，为后续无人机阵列排布提供了优化的基础。

技术领域

本发明属于无人机集群的电子对抗领域，更具体地，涉及一种近场稀疏阵列天线波束建立方法及装置。

背景技术

随着无人机集群概念的普及，通过无人机编队间的集群和协同，并配备大量的全向天线，实现低成本的分布式波束形成能力越来越受大众的关注，现有技术提出一个具有分布式单元（即分布式无人机）的伪相控阵，其中，分布式波束形成技术是关键技术之一。这也说明，未来战争是无人化的战争，对无人机集群的合理应用研究迫在眉睫。

目前有文献提出将无人机集群作为三维组阵天线进行应用，但一是其设置了一架无人机为主机，也即各架无人机不是完全相同的，二是未将无人机集群应用与电子对抗领域相结合；在提出无人机集群作为阵列的前提下，显然无人机间距不可能时刻满足普通阵列的阵元间距小于半个波长的要求，因此无人机集群形成的阵列大概率成为稀布阵列，有文献讨论了稀布阵列天线的优化问题，但大多文献应用遗传算法对稀布阵列天线进行优化，计算量较大；目前文献对阵列天线的讨论大多基于电磁波的远场条件，少数文献讨论稀布阵列天线位于近场的概念，但也仅停留在阵列位于近场，而未与无人机集群应用的实际相结合。总的来说，现有的文献少有研究带阵元位置误差的超稀疏二维阵列的近场波束合成、优化问题，以及无人机集群概念与超稀疏阵列概念相结合的波束合成问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种近场稀疏阵列天线波束建立方法及装置，旨在解决现有的无人机集群的布阵与电子对抗领域未相互结合，导致无人机在侦察目标的过程中天线波束集中度无法评判的问题。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种近场稀疏阵列天线波束建立方法，包括以下步骤：

将无人机集群中的各无人机当作阵元，将无人机集群的侦察对象作为目标；以无人机集群分布区域的中心为原点，无人机集群所在平面为xoy平面，建立基于无人机集群的坐标系；

在基于无人机集群的坐标系下，结合约束条件，构建无人机集群的阵元分布；

根据无人机集群中阵元与目标构成的连线与z轴的夹角，以及阵元与目标构成的连线在xoy平面的投影与x轴的夹角，建立无人机集群对应的超稀疏阵列模型；

基于超稀疏阵列模型，结合目标与阵元分布平面的距离、阵元在目标处的馈电幅度以及馈电相位，建立天线阵列合成波束的方向图。

优选地，近场稀疏阵列天线波束建立方法，还包括以下步骤：

根据方向图中的副瓣电平以及主瓣宽度，计算适应度函数值；

通过对比不同阵元分布对应的适应度函数值，选择最小的适应度函数值对应的阵元分布作为实际阵元分布，且将最小的适应度函数值对应的天线阵列合成波束作为实际天线阵列合成波束。

优选地，无人机集群的阵元分布的建立方法，包括以下步骤：