[发明专利]一种多频共口径的阵列布局优化方法

说明书

本发明公开了一种多频共口径的阵列布局优化方法。根据阵列带宽，将工作频段分为若干个子频段；而后根据阵列口径，将矩形阵面划分为若干个对称的子区域，在单个子区域内对阵元的排布进行优化，再利用阵面的对称性得到整个阵列的排布；以阵列工作带宽，不同频段阵元之间间距以及阵列副瓣电平为优化目标，利用CMA‑ES算法优化子区域内阵元的间距，其中间距包括同频段阵列之间阵元间距以及不同频段阵元之间的间距。在保证阵列工作带宽，阵元不重叠和副瓣性能要求的前提下，减少了所需优化的未知量，降低了计算的复杂度，提升了求解的效率，为求解多频共口径阵面提供了一种快速高效的布局优化方法。

技术领域

本发明属于阵列天线优化设计领域，具体涉及一种多频共口径的阵列布局优化方法。

背景技术

现代无线电子通讯系统向着多功能、高数据传输率、大覆盖范围、远距离传输等方向发展。传统上，采用多个工作在不同频段的天线实现不同的功能，可以满足不同的需求，然而由于装配平台空间有限，不同天线之间容易产生强烈的耦合，影响系统的正常使用。宽带天线阵可以在同一辐射口径下工作在不同的频段实现不同的功能，因此使用宽带天线阵可以大大节省装配空间；同时，雷达系统的高精度探测应用与高分辨率成像应用以及无线通信系统的高速率传输需求等先进功能对无线电子系统的硬件基础提出了越来越高的要求，作为无线电子系统的关键部件之一，相控阵天线势必朝着更宽的工作带宽和更广的扫描范围方向发展。不难预见，未来的电子平台不仅性能上会更加优异，功能上也会更加多样，其发展方向应趋于电子侦察、电子干扰、雷达探测、无线通信等多功能一体化发展，共口径阵列天线的兴起是为了解决雷达系统多功能以及集成化的需求，例如微波遥感、通信、测绘成像等应用领域要求天线系统具备多频段、多极化、多波束的性能。通过将不同天线阵列集成于同一口径面内，实现了多通道或者多功能子系统的复合。面对相当紧张的空间资源，集成化、多功能化是现代天线系统的发展趋势。多频共口径阵列技术的发展对雷达与通信系统的发展尤为重要。

多频共口径阵列技术的优化存在着如下的挑战：

更多的工作频段意味着更多的天线单元，更复杂的阵列布局，如何在保证阵列口径，各个频段阵元间距要求以及各个频偏性能指标的前提下，减小算法复杂度，提升计算求解效率，进而快速得到合理的阵元布局是本发明的一大难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多频共口径的阵列布局优化方法。根据阵列带宽，将工作频段分为若干个子频段；而后根据阵列口径，将矩形阵面划分为若干个对称的子区域，在单个子区域内对阵元的排布进行优化，再利用阵面的对称性得到整个阵列的排布；以阵列工作带宽，不同频段阵元之间间距以及阵列副瓣电平为优化目标，利用CMA-ES算法优化子区域内阵元的间距，其中间距包括同频段阵列之间阵元间距以及不同频段阵元之间的间距。在保证阵列工作带宽，阵元不重叠和副瓣性能要求的前提下，减少了所需优化的未知量，减少了计算的复杂度，提升了求解的效率，为求解多频共口径阵面提供了一种快速高效的布局优化方法。通过计算机数值仿真结果表明，利用该方法优化得到的阵列在各个频段都具有较好的性能，并且具有计算效率高的优势，为多频共口径阵列的布局优化提供了一种有效，快速的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种多频共口径的阵列布局优化方法，步骤如下：

第一步，初始化优化频段，根据期望的工作频段，将阵列工作频段划分为高、中、低三个子频段，分别对应为低频阵列、中频阵列以及高频阵列；转入第二步。

第二步，初始化阵面优化区域，根据阵列口径将阵面划分子区域并选取第一个子区域作为阵列排布优化区域；转入第三步。

第三步，初始化CMA-ES的协方差矩阵和步长，初始化阵元间距约束、阵元间距包括六种约束、分别为：低频阵列阵元最小间距、中频阵列阵元最小间距、高频阵列阵元最小间距、低-中频阵列阵元最小间距、低-高频阵列阵元最小间距以及中-高频阵列阵元最小间距；转入第四步。