[发明专利]一种时间调制天线阵列的多载波定向调制方法

说明书

本发明提供了一种时间调制天线阵列的多载波定向调制方法，涉及雷达通信技术领域，包括：根据时间调制天线阵列的波束设计以及BPSK调制模式构建优化问题，利用粒子群优化算法进行求解：使用基于反向学习的策略生成粒子群优化算法的初始种群；进行分散搜索：将初始种群分为多个子种群，以使子种群能够从各个方向快速逼近可行域；在当前种群内已经有部分粒子进入可行域的情况下，停止分散搜索，进行局部搜索：根据约束违反值的大小去除若干粒子，留下靠近可行域的粒子来继续执行粒子群算法；在每次进化迭代中，对种群中最优粒子的所有维度进行多次突变。本发明优化了粒子群算法，有效提高了算法的搜索能力，进而优化了调制过程，节省了计算资源。

技术领域

本发明涉及雷达通信技术领域，具体而言，涉及一种时间调制天线阵列的多载波定向调制方法。

背景技术

无线通信收发系统因其传播空间的开放性，使得信息在传输过程中存在泄露的风险。方向调制(Directional Modulation)技术能够在无线通信物理层实现信息的安全传输。近年来，方向调制作为无线物理层安全的关键技术引起了众多学者的广泛研究。与三维空间中的传统阵列不同，时间调制阵列是在阵列设计中引入第四维度“时间”来形成的，即利用RF开关控制天线的打开和闭合时间对传统阵列进行时间调制。这些系统的主要局限性与波束形成网络中射频开关的周期性通断、换相引起的边带辐射有关。基于进化算法的优化策略为解决边带辐射这一问题提供了一种有效的切换方案，文献(G. Huang, Y. Dingand S. Ouyang, Multicarrier Directional Modulation Symbol Synthesis UsingTime-Modulated Phased Arrays, in IEEE Antennas and Wireless PropagationLetters, vol. 20, no. 4, pp. 567-571, April 2021)提出使用时间调制相控阵来合成多载波方向调制，其中利用粒子群算法寻求天线开关时间。在实现本发明的过程中，发明人发现：根据现有的基于时间调制阵列的方向调制多载波波形设计方案，当数据需要在f₀+f_p和f₀+2f_p的子载波上进行二进制相移键控(BPSK)调制时，需要通过设置调制周期内每个天线的开关时间来设计出四种可能的符号组合“00”，“01”，“11”，“10”，利用粒子群算法求解天线开关时间时，由于天线个数较多，导致粒子群算法中种群个体位置的维度较高，利用粒子群算法求解会有较高的时间复杂度，且容易陷入局部最优解，导致无法搜索到较低的旁瓣电平。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一，公开了一种时间调制天线阵列的多载波定向调制方法，节省了计算资源，提高了算法的运算速度，有效地提高了算法的搜索能力，防止陷入局部最优。

本发明的第一方面公开了一种时间调制天线阵列的多载波定向调制方法，包括：根据时间调制天线阵列的波束设计以及BPSK调制模式构建优化问题，即星座点由方程（a）的四组解定义：

        （a）

其中，表示天线阵列的远场因子，N为天线个数，为谐波次数，为期望方向角，、分别是归一化后的天线开启时刻，天线开启状态持续的时间和天线pi 相位延迟状态持续的时间，是生成的星座组合的索引，n=1、2、3或4；

利用粒子群优化算法对方程（a）进行求解，即粒子群优化算法的目标函数值：

，

其中，B为期望的最大值；

使用基于反向学习的策略生成粒子群优化算法的初始种群；

进行分散搜索：将初始种群分为多个子种群，以使子种群能够从各个方向快速逼近可行域；

在当前种群内已经有部分粒子进入可行域的情况下，停止分散搜索；