[发明专利]一种应用于无人机的共形相控阵天线方向图综合方法

摘要

本发明公开了一种应用于无人机的共形相控阵天线方向图综合方法，包括以下几个步骤：步骤1：获取共形相控阵天线总的方向图；步骤2：获得天线单元的幅度Amn优化初始值；步骤3：利用遗传算法对Amn的初始值进行优化；步骤4：获取低副瓣特性的共形相控阵天线方向图；本发明采用平面相控阵优化方法可以快速得到各个单元幅度和相位的近似值，通过对副瓣区域的划定，减少了副瓣的搜索范围，可以大大提供遗传算法优化的速度；本方法还可以应用于可以将天线单元投影到一个平面上的任意共形相控阵的低副瓣方向图综合。

主权项

1.一种应用于无人机的共形相控阵天线方向图综合方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：获取共形相控阵天线总的方向图；其中：为在全局坐标系下的总场，N表示母线上天线单元的个数，M表示圆周上单元的个数，A_mn为第(m，n)个天线单元的幅度，为第(m，n)个天线单元的相位，·表示点乘，为自由空间的波数，λ为电磁波的波长，为单元所在的位置矢量，为方向单位矢量，为天线主瓣方向的单位矢量，为局部坐标系Px′y′z′坐到全局坐标系oxyz下的变换矩阵，为第(m，n)天线单元在局部坐标系下的单元场方向图；为了得到低副瓣要求，需要对A_mn进行优化，将A_mn分解为沿着圆周方向的C_mn，沿着母线方向的L_mn，则A_mn＝C_mn*L_mn，*表示乘；步骤2：获得天线单元的幅度A_mn优化初始值；1)获得沿着圆周方向幅度C_mn优化的初始值；找到天线单元中心所在的母线，作与圆台面相切的平面，天线单元中心所在的母线在切平面内；得到天线单元起始位置和天线单元终止位置，起始位置与圆心的连线与终止位置与圆心的连线形成张角获取起始和终止单元张角当大于180度时，取并得到圆周方向上天线单元的个数为M；把天线单元投影到切平面内，投影面内单元的总长度为其中L为单元所在的圆台面的半径；获取天线单元个数为M，单元长度为的切比雪夫(泰勒)分布的激励电流分布，利用线性插值的方法得到各个天线单元的激励电流的幅度分布；将电流分布需要进行归一化，最大值为1；根据投影上内插得到的各个天线单元在切面内的激励电流幅度，并根据各单元的方向图在切平面的激励电流分量反推出曲面上需要的激励幅度C_mn；2)获得沿着圆周方向幅度优化的初始值L_mn；天线单元在母线方向上服从平面优化分布，对圆台共形阵列沿母线方向上的优化步骤为：确定一个起始单元，该单元中心所在的轴线方向所有单元即为优化对象；从轴线方向上的起始单元中心到终止单元中心，单元的个数为N，分布长度为H；综合出单元个数为N，单元长度为H的切比雪夫(泰勒)分布的激励电流幅度分布；电流分布需要进行归一化，最大值为1，得到沿着母线方向的激励分布L_mn；根据A_mn＝C_mn*L_mn获得单元的幅度优化A_mn的初始值；步骤3：利用遗传算法对A_mn的初始值进行优化；具体为：(1)使用遗传算法对参数A_mn进行编码，采用二进制编码方式，并初始化第一代初始种群；(2)产生种群之后计算每个解的自适应度，然后再根据自适应度大小进行选择，选择自适应度最小的解作为最佳个体；(3)判断是否满足用户设定的代数或者是否满足误差允许范围，如果是，则选择最佳个体为最优解或次优解，结束；如果否，则对最佳个体的种群进行交叉、变异操作生成下一代种群，返回步骤(2)，之后又进行自适应度评价；步骤4：获取低副瓣特性的共形相控阵天线方向图；优化的目标函数为其中为主瓣电平，为第一副瓣电平；通过在步骤3中获得的A_mn值，获得第一副瓣的角度搜索第一副瓣的角度范围限定在范围内，表示副瓣搜索范围；在得到优化后的A_mn后，利用步骤1获得满足给定低副瓣特性的共形相控阵天线方向图。