[发明专利]基于MIFT与CP混合算法的仅相位加权阵列天线波束赋形优化方法

说明书

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，该发明包括以下部分：使用改进的迭代傅里叶算法得出满足各自辐射性能要求的方向图所对应的单元激励，并保留其中每种波束所对应的各单元相位激励值，再利用改进的凸优化算法寻求共用的单元激励电流值来满足各方向图更高的辐射性能要求，如各方向图中更小的主瓣波纹，更低的旁瓣电平值等。本发明中的混合优化方法有效结合了迭代傅里叶算法以及凸优化算法无需参数调节且鲁棒性强，计算速度快，精度高的特点，最终实现馈电网络简化，仅通过阵元的相位激励变化实现不同辐射性能要求的波束赋形。

技术领域

本发明涉及无线通信、信号处理技术领域，特别是涉及基于MIFT与CP混合算法的仅相位加权阵列天线波束赋形优化方法。

背景技术

在许多雷达应用中都需要阵列天线形成指定形状的波束，以满足不同任务的需求。阵列天线波束赋形有多种不同的方法，一般而言可划分为3类：第一类是单元激励电流和相位同时调整，即复数加权；第二类是只有单元激励电流改变，即仅振幅加权；第三类是只有单元激励相位值改变，即仅相位加权。对于有源相控阵天线来说，相位加权不需要增加硬件设备，仅需要在存储器中预存一组波控码就能实现预想的要求，且并不改变原有的功率分配网络，具有较高的灵活性和降低系统的复杂性等优点，有着极为重要的工程应用价值。

针对这一全局优化问题，常规的解决方法是智能优化算法,如文献基于改进粒子群算法的仅相位加权波束赋形，《电子设计工程》，Vol.21，No.15，Aug.2013，中的改进粒子群算法),但智能优化方法处理单元的数量较多时，优化变量将激增，导致优化过程极为耗时，优化的结果无法逼近各理想方向图。本发明结合改进迭代傅里叶算法与改进的凸优化算法两种技术进行仅相位加权波束赋形。首先利用MIFT方法计算得出满足各自辐射性能要求的方向图所对应的单元激励，并保留其中每种波束所对应的各单元相位激励电流复值，再利用CP算法求共用的单元激励电流复值来满足各方向图更高的辐射性能要求，如各方向图中更小的主瓣波纹，更低的旁瓣电平值等。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明中的混合优化方法有效结合了迭代傅里叶算法以及凸优化算法无需参数调节且鲁棒性强，计算速度快，精度高的特点，最终实现馈电网络简化，仅通过阵元的相位激励变化实现不同辐射性能要求的波束赋形，为达此目的，本发明基于MIFT与CP混合算法的仅相位加权阵列天线波束赋形优化方法，其中MIFT指的ModifiedIterative Fourier Technique改进的迭代傅里叶算法，CP指的Convex optimization凸优化，包括以下步骤：

步骤一：对等间距线性阵列天线远场方向图做转化处理，表达式如下；

M单元直线阵的阵因子表示为：

或者f(θ)＝a(θ)^Hw (2)；

其中a(θ)^H＝[1,e^jθ…,e^j(M-1)u]，w＝[I₀,I₁…,I_M-1]^T；

其中I_m为第m个阵元的激励电流复值,θ为偏离阵列法线方向的角度，λ为波长，d为阵元间距，为保证用改进的迭代傅里叶算法计算天线方向图的正确性，MIFT点数N需满足大于阵元数M，且满足N＝2^v,v为正整数，计算过程中对I_n进行补零处理，从而快速傅里叶变换公式为:

与远场方向图函数表达式(2)等价一致；

利用表示M个单元激励电流复值，其中s＝1...S，S为赋形方向图数量，满足仅相位加权波束赋形变换，需存在共用激励电流向量，如下: