基于序列二次規(guī)劃的低旁瓣線性稀布陣列天線優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于序列二次規(guī)劃的低旁瓣線性稀布陣列天線優(yōu)化方法，主要解決現有方法迭代速度慢和無法進一步降低線性稀布陣列天線方向圖旁瓣的問題。其實現過程是：（1）根據設計要求，確定線性稀布陣列天線的天線孔徑、陣元個數和主瓣寬度；（2）根據陣列天線的主瓣寬度和實際需求，確定需要進行旁瓣抑制的離散角頻率范圍；（3）根據天線孔徑、陣元個數和離散角頻率范圍，構造線性稀布陣列天線的目標函數和約束條件；（4）根據目標函數和約束條件，使用序列二次規(guī)劃算法求解得到陣元的位置向量和權向量。本發(fā)明具有迭代速度快和進一步降低線性稀布陣列天線方向圖旁瓣的優(yōu)點；可用于線性稀布陣列天線的優(yōu)化設計。
【專利說明】基于序列二次規(guī)劃的低旁瓣線性稀布陣列天線優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于天線【技術領域】，特別是一種陣列天線優(yōu)化方法，用于降低線性稀布陣列天線方向圖的旁瓣。
【背景技術】
[0002]線性稀布陣列天線因為其非均勻稀疏布陣的特點，天線孔徑相對較大，波束較窄，分辨率較高，已被應用于雷達、通信電子系統(tǒng)等領域。但它與相同孔徑的均勻間隔布陣天線比較，其旁瓣電平較高。在實際的工程應用中，較高的旁瓣電平可能會在有干擾信號的情況下導致測角出錯。因此如何優(yōu)化設計線性稀布陣列天線的陣元位置使得線性稀布陣列天線在滿足較窄主瓣波束寬度的同時也能滿足較低的旁瓣電平，是一個值得研究的問題。
[0003]實際上，上世紀六十年代至九十年代初，就對線性稀布陣列天線的優(yōu)化布陣開展了大量的研究，研究的主要對象是陣元在規(guī)則柵格上的稀疏陣列，柵格間距為半個波長或四分之一波長，采用的優(yōu)化方法有廣義的非線性最小最大優(yōu)化法、擴展投影法和基于計算機的數值綜合方法等。但是，由于受計算機技術水平不高的限制，上述方法的性能有限，只能解決陣元個數較少時線性稀布陣列天線的優(yōu)化問題。自上世紀九十年代以來，隨著計算機技術的發(fā)展，依賴計算機技術的現代計算智能方法被廣泛應用于線性稀布陣列天線優(yōu)化問題。典型的算法有遺傳算法、模擬退火算法、粒子群算法以及這三種算法的改進算法等。遺傳算法、模擬退火算法和粒子群算法都是隨機搜索算法，可以有效降低稀布陣列天線方向圖的旁瓣。但是，這三種方法迭代速度慢，耗時長。并且現有的研究只考慮了線性稀布陣列天線陣元位置的優(yōu)化問題，沒有考慮線性稀布陣列天線的陣元位置和權值聯合優(yōu)化的問題，造成線性稀布陣列天線方向圖的旁瓣無法進一步降低。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述已有方法的缺點，提出了一種基于序列二次規(guī)劃的低旁瓣線性稀布陣列天線優(yōu)化方法，以加快線性稀布陣列天線的優(yōu)化速度，進一步降低線性稀布陣列天線方向圖的旁瓣。
[0005]本發(fā)明的技術方案是:以最小化線性稀布陣列天線方向圖的峰值旁瓣電平為準貝U，在天線孔徑、陣元間距、天線主瓣寬度、掃描角頻率范圍和信噪比損失的約束下，使用序列二次規(guī)劃算法求解得到線性稀布陣列天線的陣元位置和權向量，其實現步驟包括如下:
[0006]I)根據線性稀布陣列天線的設計要求，確定線性稀布陣列天線的天線孔徑D、陣元個數Na以及陣列天線方向圖的主瓣寬度fw = 2/D ；
[0007]2)根據實際需要確定線性稀布陣列天線進行旁瓣抑制的角度范圍[_ Θ _，Θ _]，由最大角度值θ_和陣列天線方向圖的主瓣寬度匕，確定需要進行旁瓣抑制的歸一化角頻率范圍[fw/2，fmax]，其中，fmax = 0.5sin( Θ max)為最大角度值Θ max的歸一化角頻率；
[0008]3)將歸一化角頻率范圍[fw/2，fmax]均勻`離散化，得到離散角頻率范圍
其中，L i = 1，2，...，Nf為離散角頻率，Nf為離散角頻率的個數；[0009]4)根據步驟I)得到的線性稀布陣列天線的天線孔徑D、陣元個數Na和步驟3)得到的離散角頻率范圍f，構造線性稀布陣列天線優(yōu)化的目標函數和約束條件:
【權利要求】
1.一種基于序列二次規(guī)劃的低旁瓣線性稀布陣列天線優(yōu)化方法，包括如下步驟: 1)根據線性稀布陣列天線的設計要求，確定線性稀布陣列天線的天線孔徑D、陣元個數Na以及陣列天線方向圖的主瓣寬度fw = 2/D ； 2)根據實際需要確定線性稀布陣列天線進行旁瓣抑制的角度范圍[_θ_，θ_]，由最大角度值θ_和陣列天線方向圖的主瓣寬度匕，確定需要進行旁瓣抑制的歸一化角頻率范圍[fw/2，fmax]，其中，fmax = 0.5sin( Θ max)為最大角度值Θ max的歸一化角頻率； 3)將歸一化角頻率范圍[fw/2，fmax]均勻離散化，得到離散角頻率范圍
2.根據權利要求1所述的基于序列二次規(guī)劃的低旁瓣線性稀布陣列天線優(yōu)化方法，其中步驟5)所述的使用序列二次規(guī)劃算法進行編程求解，得到線性稀布陣列天線最終的陣元位置向量f和權向量訪，按如下步驟進行: 5a)確定循環(huán)次數N，設置最高旁瓣標志F為無窮大，設置兩個臨時向量T1和T2,并設置臨時向量T1和T2內的元素全部為O ; 5b)初始化陣元位置向量β和權向量W:為陣元位置向量β中的每個元素設置一個隨機的數值，數值的取值應大于等于I且所有數值的和為D ;為權向量W中的每個元素設置一個大于O的隨機值； 5c)將初始陣元位置向量β和權向量W帶入步驟4)中的目標函數，根據約束條件，調用序列二次規(guī)劃算法搜索使目標函數值最小的陣元位置向量β和權向量W，得到本次循環(huán)的優(yōu)化結果，即優(yōu)化后的陣元位置向量和權向量W'； 5d)比較本次優(yōu)化結果的目標函數值與最高旁瓣標志F的大小，如果本次優(yōu)化結果的目標函數值小于最高旁瓣標志F，則清空臨時向量T1和T2，保存本次優(yōu)化結果，即臨時向量T1= β'，臨時向量T2 = W'，并且使最高旁瓣標志F等于本次優(yōu)化結果的目標函數值；否貝U，忽略本次優(yōu)化結果； 5e)返回步驟5b)直到循環(huán)N次后結束，得到最 終的陣元位置向量孩=T1和權向量W = T2。
【文檔編號】G06F17/50GK103810325SQ201410007388
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權日:2014年1月8日
【發(fā)明者】劉宏偉, 周生華, 臧會凱, 曹運合, 嚴俊坤 申請人:西安電子科技大學