[发明专利]一种单波束赋形方向图综合计算方法

说明书

本发明公开了一种单波束赋形方向图综合计算方法，所述方法包括：建立数学模型；建立优化目标函数；得到脚印图，通过脚印图上的采样点位置以及事先设置的增益值计算两个向量参数l_min和G。设定期望方向图F_d(u,v)和正则化参数μ₁；计算权重矩阵P_in和P_ext；使用广义瑞利商逼近的方法求解，获得最后的阵元激励。本发明解决了优化过程中无法对综合方向图在空间中的每一个点进行精准控制的问题，设计权重矩阵，并将其加入到优化过程中，以此来提高综合方向图的准确性。

技术领域

本发明公开了一种单波束赋形方向图综合计算方法，涉及雷达圆形阵列和波束和差波束的方向图优化技术领域。

背景技术

在雷达以及星载系统中，天线是一个重要的组成部分。阵列天线由多个天线单元组成，每个单元都可接收或者辐射电磁波，以此组成一个大的整体。在阵列天线中，通常有四个参数是可变的，即天线单元个数，各单元在天线上的位置分布，各单元的激励幅度和各单元的激励相位。如何根据所需要的空间辐射特性来确定上述四个参数的过程称为阵列天线的方向图综合问题。在方向图综合问题中，波束赋形方向图综合技术一直是研究热点之一。它是一种通过一些事先设定好的对天线结构和所形成波束的要求，来求取阵列阵元激励或是口径电流的的方法。单波束赋形方向图综合问题针对的是单个独立波束的赋形，它往往需要波束在主瓣区域有着特殊的形状，同时对主瓣区域内的增益分布和副瓣区域的峰值电平也有着相应的要求。现有的单波束赋形方向图综合算法中，如何将阵列上不同阵元的阵中方向图信息卷入到方向图综合过程中，如何使用任意形状的阵列来综合具有任意脚印图的方向图，以及如何对阵元激励幅度进行量化处理是三个较为重要的问题。

现有技术中，通过口径电流分布和远场方向图之间的傅里叶变换关系，以及贝塞尔函数的使用，将口径电流分布与综合方向图转换成一组未知系数的方程式，然后根据实际要求设定目标函数，并引入广义瑞利商逼近的方法来求解该目标函数，从而获得口径电流分布的最优解，然后使用积分采样定理将口径电流采样成阵元激励从而得到最终的综合方向图。然而，当考虑阵列天线上不同的阵元具有不同的阵中方向图时，上述方法使用的积分采样定理会使得最后得到的综合方向图与实际方向图产生偏差，因此使用该方法得到的综合方向图在实际应用中的效果较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种单波束赋形方向图综合计算方法，所述方法通过使用阵列方向图相乘原理，结合阵中阵元方向图信息给出了一种新的阵列方向图综合模型，并且通过这种新的模型构建了一个由副瓣电平，主瓣波动度以及主瓣能量三个优化项组成的新型代价函数，然后通过使用广义瑞利商逼近的方法来得到最终的阵元激励，从而达到通过一个任意形状并且阵中阵元方向图各不相同的阵列，综合出任意脚印方向图的目的。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种单波束赋形方向图综合计算方法，所述方法包括如下步骤：

步骤一、建立数学模型，使用uv坐标系来定义方向图空间：

其中，θ和为俯仰角和方位角；

设定有N个阵元，排布在一个任意形状的阵列上，(x_n,y_n)为第n个阵元的坐标，f_n(u,v)为第n个阵元的阵中方向图，则阵列天线的远场辐射方向图为：

其中，I_n为第n个阵元的阵元激励，k_λ＝2π/λ为波数，λ为波长；

将该方向图离散化，即在整个uv平面上采样M个点，则该方向图的矩阵表达式为：