[发明专利]一种阵列天线波束赋形方法

摘要

本发明涉及一种阵列天线波束赋形方法，属于无线通信、信号处理技术领域。本发明涉及一种阵列天线唯相位变换波束赋形方法，即在功率保持不变的情况下仅通过相位加权来实现不同辐射要求的波束赋形，该发明包括以下部分：使用量化粒子群算法得出每一个理想方向图对应的单元幅相值作为迭代傅里叶变换的初值，应用离散傅里叶逆变换(IFFT)得出数组方向图，然后与期望方向图比较得出新的方向图，再应用快速傅里叶变换(FFT)反算出新的单元激励。本发明结合量化粒子群算法方向图赋形的快速性、有效性以及迭代傅里叶算法能最终收敛和收敛速度快的特点，提高仅相位变化各方向图的空域内波束覆盖的能力，因而具有较好的工程实用性。

主权项

1.一种阵列天线波束赋形方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将每个单元的幅相参数量化，确定幂数N，对线性阵列的每一个单元的电流幅度和相位幅值分别按照上下限进行等间隔分段，分段数量为2N，取每个分段的中间值作为量化值，并对每一个量化后电流幅度和相位幅度分别度按1～2N进行编号；假设QPSO算法的单元数为M，则初始种群数初值设定为2M，最大种群数设定10M，可产生的种子区间为[1，M/2]，解搜索空间为[1，2N]；QPSO算法中的适应度函数选择为：0.8×|MSLL‑SLVL|+0.2|LL_MAX‑NLVL|，其中：MSLL为方向图旁瓣最高值；SLVL为理想方向图旁瓣最高值；NLVL为所有指定角处的模值；LL_MAX为理想方向图的波纹的上下限；步骤二：QPSO算法具体实施步骤如下：(a)计算粒子的初始位置和速度，速度和位置利用公式其中w为惯性因子，c₁和c₂为加速因子，r₁和r₂为[0,1]之间均匀分布的随机数，pbest_ij为第i个微粒第j次迭代的结果，pbest_j为第i个微粒前j次迭代的最佳值，表示第k+1次迭代过程中微粒i第j次的速度，与分别表示第k与第k+1次迭代过程中，微粒i第j次的位置，微粒对应阵元激励，w的计算公式为：其中wmax，wmin分别表示w的最大值和最小值，f表示粒子当前的目标函数值，favg和fmin分别表示当前所有微粒的平均目标值和最小目标值；(b)引入加权因子计算粒子的适应度，对部分非优胜粒子进行混沌扰动并得到新的位置；其中cta为混沌搜索区域半径，yij表示在以Xij为中心，cta为混沌搜索半径的区域上的随机值；minf＝f(x)M表示计算中定义的角度采样点数，θ表示采样的角度，θm为第m个采样的角度，F(x,θm)为计算得出方向图，AF(θm)是理想设计的方向图，β为适应度函数加权因子，主瓣区域中，θ1，θ2分别表示主瓣区域的两个端点，副瓣区域中，θ1，θ2分别表示副瓣区域的两个端点；(c)更新每个粒子的个体最优值Pbest和种群的全局最优值Gbest；(d)如果满足收敛条件，运算终止，否则跳转到步骤二中(a)；步骤三：将满足方向图要求的幅相值作为迭代傅里叶变化的初始值，在离散傅里叶变换得出方向图的步骤中，电流幅度选择多个方向图综合的电流幅度的均值作为下一步迭代值输入，在应用快速傅里叶变换之前，将方向图里不满足要求的主瓣和副瓣部分直接用期望方向图的模值代替；迭代傅里叶变换方法的步骤如下：(a)在离散傅里叶逆变换得出阵列方向图的过程中，每一个单元的模值为上次求出多个方向图对应模值的均值，相位幅值则为上次求出多个方向图各自对应的相位值，并用0补齐余值；(b)在快速傅里叶变换反算各单元激励的过程中，对于方向图与理想方向图的模值不一致性，采用保留原方向图的相位值，用理想方向图的模值直接覆盖的方法，迭代后取前M值作为M个单元的幅相值；(c)迭代傅里叶算法的过程中当迭代次数超过预定值后自动停止迭代。