[发明专利]基于差分进化算法的含互耦时间调制阵列综合方法

说明书

技术领域

本发明涉及天线，尤其是涉及一种基于差分进化算法的含互耦时间调制阵列综合方法。

背景技术

与传统天线阵列相比，时间调制阵列能实现更低的静态激励幅度动态比，在低/超低副瓣方向图综合中具有较大的优势，近年来引起了较多关注。关于时间调制阵的研究主要包括降低副瓣电平和边带抑制、零点扫描、波束指向控制、信号来波方向估计等。目前，差分进化算法、粒子群算、遗传算法较多应用于时间调制阵列的综合中。这些研究大都建立在阵列单元为各项同性的基础上。实际上，阵列方向图的副瓣电平受阵元间互耦效应的影响较大。近年来，越来越多的研究在阵列天线方向图综合中考虑互耦的效应。例如，Pozar等人(Pozar D.M.“The active element pattern.”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,1994,42(8):1176-1178.)提出将有源单元方向图方法用于计算含阵元耦合的阵列方向图；P.Darwood等人(P.Darwood,P.N.Fletcher,and G.S.Hilton,“Mutual coupling compensation in small planar array antennas.”IEE Proc.Microw.Antennas Propag,1998,145(1):1-6)综合了含阵元互耦效应的时间调制平面阵列的方向图；Shiwen Yang等人(Shiwen Yang,Zaiping Nie.“Mutual Coupling Compensation in Time Modulated Linear Antenna Arrays.”IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2005,53(12):4182:4185)中提出将互耦补偿方法应用到时间调制直线阵列中，将实际测量的单元方向图用于方向图的优化，所得的方向图与实际测量的方向图吻合较好。

中国专利201410605142.0公开了一种基于时间调制阵列的波束赋形方法，主要解决现有时间调制阵列优化变量多，波束赋形速度慢，寻优能力差，易陷入局部最优解的问题。该发明使用人工蜂群算法优化第一边带频率方向图得到脉冲起始时刻以及脉冲持续时间，能减少因优化不同频率方向图所需的变量个数，且收敛速度快、全局寻优能力强、易跳出局部最优解，可满足时间调制阵列对波束赋形的需求。

中国专利201410675266.6公开了一种基于时间调制共形相控阵列的快速方向图综合方法，主要解决现有时间调制共形相控阵列方向图综合速度慢，运算量大，稳定性不高，无法用于实时计算平台的问题。该发明使用交替投影方法对根据目标参数分步优化直线阵列中心频率和第一边带频率方向图得到阵列最终激励，能减少运算量，缩短优化时间，提高稳定性，能实现时间调制共形相控阵列的快速方向图综合。

以上研究，未曾考虑到实际含互耦效应的时间调制阵列的快速计算问题，当采用例如差分进化算法优化时间调制阵列辐射方向图时，在进化过程中需要大量反复的计算中心频率和边带方向图，计算时间较长，因考虑时间调制阵的互耦效应，各阵元的有源方向图不相同，无法提取阵列因子，不能采用快速傅里叶变换(FFT)对阵列方向图进行快速计算。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供基于差分进化算法的含互耦时间调制阵列综合方法。

本发明包括以下步骤：

1)根据系统应用指标确定时间调制直线阵列的阵元数目、单元形式、阵元间距、中心频率、时间调制频率，设置目标参数；

2)全波电磁仿真得到N单元时间调制直线阵列中每个单元天线的有源单元方向图g_n(u)(n＝1,…,N)，其中u＝sinθ，θ是空间俯仰角；

3)将各单元的有源单元方向图展开，得到可利用FFT加速计算的含互耦时间调制阵列方向图表达式；

4)将静态激励幅度和脉冲持续时间作为优化变量，将中心频率f₀处辐射场方向图的最大副瓣电平和第一边带f₀+f_prf处辐射场方向图的最大电平作为优化目标，使用差分进化算法对时间调制直线阵列辐射方向图进行优化，得到满足优化目标的各天线单元静态激励幅度值A_n和脉冲持续时间τ_n；