[发明专利]一种卫星动中通天线阵列的布阵方法及布阵系统

摘要

本发明公开一种卫星动中通天线阵列的布阵方法及布阵系统。本发明根据天线阵列的尺寸及阵元数量确定阵元位置矩阵的维数，能够同时考虑阵元的可分布空间以及可放置阵元的数量，最大化阵元分布的自由度。求解优化函数，获得使最大旁瓣电平最小的最优横坐标随机变量矩阵、最优纵坐标随机变量矩阵和最优权值矩阵。可见，本发明通过把带有最小阵元间隔约束、阵元总数约束、天线尺寸约束的问题转换为了只包含上下界的随机优化问题，成功的将多约束条优化问题转换为无约束优化问题，能够有效提高天线布阵的搜索效率，避免不可行解的出现，从而有效减少阵元间的互耦效应，在保证天线性能的前提下能够降低天线的成本、重量和功耗。

主权项

1.一种卫星动中通天线阵列的布阵方法，其特征在于，所述布阵方法包括：获取天线阵列的尺寸、阵元数量及最小阵元间隔，其中所述天线阵列包括多个以阵列方式排布的阵元；根据所述天线阵列的尺寸及所述阵元数量建立所述天线阵列的位置平面直角坐标系；根据所述天线阵列的尺寸及所述阵元数量确定阵元位置矩阵的维数，并构造与所述阵元位置矩阵对应的权值矩阵，所述权值矩阵的元素为大于或者等于零且小于或者等于1的随机数；所述根据所述天线阵列的尺寸及所述阵元数量确定阵元位置矩阵的维数，具体包括：根据所述天线阵列的尺寸确定所述天线阵列的横轴尺寸和纵轴尺寸；根据所述横轴尺寸和所述最小阵元间隔确定横轴方向最大阵元数量；根据所述纵轴尺寸和所述最小阵元间隔确定纵轴方向最大阵元数量；根据所述阵元数量、所述最小阵元间隔、所述纵轴方向最大阵元数量和所述横轴方向最大阵元数量确定阵元位置矩阵的维数；具体包括：根据公式：确定阵元位置矩阵的维数，其中，P_m表示横轴方向最大阵元数量，Q_m表示纵轴方向最大阵元数量，P×Q≥N,Q∈Z⁺,P∈Z⁺，P≤P_m,Q≤Q_m，L表示天线阵列在第一象限内的横轴尺寸，H表示天线阵列在第一象限内的纵轴尺寸，d_c表示最小阵元间隔，N表示位置平面直角坐标系中每个象限的阵元数量；根据所述阵元位置矩阵的维数及所述天线阵列的尺寸确定待分配行空间和待分配列空间；具体包括：根据公式：Ux＝L‑(Q‑0.5)d_c，确定待分配行空间；根据公式：Uy＝H‑(P‑0.5)d_c，确定待分配列空间，其中，Ux表示待分配行空间，Uy表示待分配列空间；构造横坐标随机变量矩阵和纵坐标随机变量矩阵，根据所述横坐标随机变量矩阵、所述待分配行空间和所述最小阵元间隔确定各所述阵元在所述位置平面直角坐标系中的横坐标，并根据所述纵坐标随机变量矩阵、所述待分配列空间和所述最小阵元间隔确定各所述阵元在所述位置平面直角坐标系中的纵坐标，其中，所述横坐标随机变量矩阵和所述纵坐标随机变量矩阵中的元素均为随机数，且所述横坐标随机变量矩阵和所述纵坐标随机变量矩阵均为P行Q+1列的矩阵，P表示阵元位置矩阵的行数，Q表示阵元位置矩阵的列数；具体包括：构造横坐标随机变量矩阵A：构造纵坐标随机变量矩阵B：其中，α_i,j，β_i,j，γ_i，η_i均为区间[0,1]之间的随机数，1≤i≤P，1≤j≤Q；根据公式：确定第i行第j列阵元的横坐标，其中，Δx_i,j表示第i行第j列阵元的横坐标增量，Δdx₁＝0.5d_c，Δdx_j＝d_c，2≤j≤Q，Ux表示待分配行空间，x_i,j表示第i行第j列阵元的横坐标；根据公式：确定第i行第j列阵元的纵坐标，Δdy₁＝0.5d_c，Δdy_i＝d_c，2≤i≤P；以所述天线阵列的最大旁瓣电平最小为目标，构建优化函数；求解所述优化函数，获得使所述最大旁瓣电平最小的最优横坐标随机变量矩阵、最优纵坐标随机变量矩阵和最优权值矩阵；根据所述最优权值矩阵、所述最优横坐标随机变量矩阵和所述最优纵坐标随机变量矩阵确定所述天线阵列的待激励阵元的位置；具体包括：判断P和Q的乘积是否大于N，获得判断结果，N表示位置平面直角坐标系中每个象限的阵元数量；当所述判断结果表示P和Q的乘积等于N时，将所述阵元全部作为待激励阵元；当所述判断结果表示P和Q的乘积大于N时，将所述最优权值矩阵的各元素按照数值大小进行降序排列，并选取前N个元素作为权值最优元素；将N个所述权值最优元素对应的阵元作为待激励阵元。