[发明专利]一种稀布同心圆环阵的降维优化算法

说明书

本发明提供一种稀布同心圆环阵的降维优化算法，本发明提供了一种稀布同心圆环阵的降维优化算法，主要针对传统算法不能直接优化稀布同心圆环阵或计算量大等问题，提出了新的优化方法；包括：(1)初始化阵列参数，建立稀布同心圆环阵和同心圆环阵满阵的参考模型；(2)计算参考圆孔径连续的加权面密度，对优化问题进行降维处理，得到稀布同心圆环阵每环上的阵元数目与环半径的关系；(3)利用余量编码技术，对环半径进行优化；(4)计算代价函数；(5)判断是否达到最大循环次数，若是，则算法结束，若否，重复步骤二至步骤四。本发明的算法能够有效减少优化布阵问题的计算量，降低峰值旁瓣电平，具有很好的鲁棒性，对实际天线系统的实现有重要意义。

技术领域

本发明涉及一种稀布同心圆环阵的降维优化算法，属于阵列综合领域。

背景技术

在雷达、卫星通信和射电天文等领域中，由于等幅的同心圆环阵的方向图具有对称性，使其得到广泛的应用。与均匀阵列综合相比，非均匀的稀布天线阵能够大幅度的降低天线系统的重量和成本，并与同孔径的均匀间隔的满阵有几乎相等的主瓣宽度，因而得到广泛应用。然而由于阵元的位置和阵因子之间的复杂的非线性关系，使得阵元位置的优化设计一直是稀布天线阵列综合研究的难点问题。

天线的峰值旁瓣电平(PSLL)是评价天线性能的一个重要参数，目前经典的用于降低等幅加权下非均匀阵列的PSLL的综合方法，有Keizer提出的IFT、Bucci提出的DA等确定性算法以及GA等随机搜索算法。但是这些算法都有各自的缺陷，例如IFT只能处理的栅格约束的阵列，不能直接优化同心圆环阵，而GA等随机搜索算法的计算量随着阵元数目的增多而呈指数增加。目前对等幅加权同心圆环阵研究的方法研究较少，能具有工程实用性的更珍贵。

针对上面问题，本发明首先建立了连续加权面密度的概念，在幅度照射分布函数具有旋转对称性的条件下，可将二维优化问题降到一维进行处理，可直接计算出每环上的阵元数目，同时又能够保证综合的阵列满足总阵元数目的约束；其次与全局搜索算法不同，这里采用一种新的随机搜索技术用来寻找最优的环半径，既可以满足孔径尺寸的约束，又可以满足最小阵元间距。由于最小阵元间距设为半波长，阵元间的互耦可以被忽略。仿真结果表明本发明提出的混合稀布算法能够有效降低PSLL，大大简化优化过程，灵活处理不同孔径约束下的稀布同心圆环阵。

发明内容

本发明的目的是为了针对传统稀布同心圆环阵优化布阵计算量大，模型复杂性高，优化结果是局部最优或次优等问题而提供一种稀布同心圆环阵的降维优化算法。

本发明的目的是这样实现的：步骤如下：

步骤一：初始化阵列参数，建立稀布同心圆环阵和同心圆环阵满阵的参考模型；

步骤二：根据得到参考模型计算参考圆孔径连续的加权面密度，对优化问题进行降维处理，得到稀布同心圆环阵每环上的阵元数目与环半径的关系；

步骤三：利用余量编码技术，对稀布同心圆环阵的环半径进行优化；

步骤四：计算代价函数；

步骤五：判断是否达到最大循环次数，若是，则算法结束，若否，重复步骤二至步骤四。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.步骤一具体是：

给定一个稀布同心圆环阵，从阵列中心到边缘共有个同心圆环，每环半径为相应环上的阵元个数为N_n，且每环的起始阵元都在x轴上，则该阵列的阵因子为：

式中：k表示波数，k＝2π/λ，λ表示阵列工作波长；θ表示仰角；表示方位角；表示第n个同心圆环上第m个阵元与阵列中心的连线相对于x轴的夹角，

对同心圆环阵满阵进行建模，设其总环数为N_r，最小阵元间距为d，则每环的环半径与阵元数为：