[发明专利]一种可扩展稀疏阵列天线布局的获取方法

说明书

本发明公开了一种可扩展稀疏阵列天线布局的获取方法，解决了大型稀疏阵列天线在实际工程应用时，由于阵面规模大，稀疏单元不规则引起的馈电网络复杂化、射频连接设计困难、波束控制程序编写复杂且由于周期性稀疏子阵拼接引起的阵列方向图副瓣高，造成天线增益低等问题。本发明包括：初始化稀疏子阵和旋转矩阵的参数，将稀疏子阵和旋转矩阵合并为扩展阵列，然后生成扩展阵列种群，再通过快速傅里叶逆变换对扩展稀疏阵列方向图进行综合并计算阵列方向图的适应度，再借助遗传算法对扩展稀疏阵列进行优化，当目标函数满足要求或者达到最大迭代次数时，则输出稀疏子阵、旋转矩阵和扩展稀疏阵列。

技术领域

本发明涉及阵列天线技术领域，具体涉及一种可扩展稀疏阵列天线布局的获取方法。

背景技术

在远距离探测和识别等领域，要求天线的增益高，波束窄，扫描空域范围大，作用距离远，这就要求相控阵天线的口径很大，单元数很多。这会带来几个方面的问题：

1、阵列天线随着口径的增大，单元数目急剧增加，系统复杂度和制作成本也相应增加。

2、紧密排列的含T/R组件的有源天线阵元的散热是个大问题。

因此，在主要要求窄波束而不追求最大增益的应用中，可以从一个均匀分布的大型阵列中去除某些阵元，或者将这些阵元连接到匹配负载上形成稀疏阵列。稀疏阵列天线可以在获得与满阵排布接近的窄波束的同时减少天线的成本和重量，同时降低了馈电系统的复杂度和故障率。在阵元等幅激励的情况下，稀疏阵列还可以获得比满阵排布更低的副瓣电平。基于这些优势，稀疏阵列天线在雷达、通信领域以及射电天文等领域得到了广泛的应用。

稀疏阵列的综合是通过优化阵列口径内天线单元的分布以达到期望的辐射特性。常见的稀疏阵列是通过将满阵的一部分阵元稀疏掉，稀疏掉的阵列分布位置是不规则、无规律的。这样在实际工程化操作的时候，相较于满阵的规则分布，一般的稀疏阵馈电网络将会更加复杂，射频通道的互联设计也会更加困难，波束控制程序的编写也更加复杂。同时，对于不同规模的稀疏阵列，都需要重新设计，前期设计的模块无法沿用，不利于实际工程的迭代和扩展。为此提出可扩展的稀疏子阵设计方法，普通的稀疏子阵周期性排布虽然能减少工程化实施的难度，但是周期性排布的稀疏子阵会形成较高的副瓣电平，导致增益下降和抗干扰能力变弱，不利于实际的工程使用。

综上所述，在实际的工程应用中需要一种可扩展的稀疏阵列天线的设计方法，既有稀疏阵列天线的低副瓣和低成本的特性，又支持扩展设计和工程迭代，简化设计难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的稀疏阵列天线的设计方法无法同时满足稀疏阵列天线的低副瓣和低成本，又支持扩展设计和工程迭代的特性。

本发明可通过下述技术方案实现：

一种可扩展稀疏阵列天线布局的获取方法，包括如下步骤：

步骤1：根据初始化参数生成随机稀疏子阵和旋转矩阵的扩展向量，所述扩展向量形成扩展阵列；

步骤2：采用步骤1的扩展阵列生成初始扩展阵列种群；

步骤3：计算步骤2中的初始扩展阵列种群中的每个扩展阵列的天线方向图；

步骤4：根据步骤3得到的方向图，通过Pythom软件计算扩展阵列天线方向图的适应度；

步骤5：根据步骤4中的适应度对稀疏子阵和旋转矩阵进行遗传选择、遗传交叉重组和遗传变异操作，并重组得到新的阵列种群；

步骤6：根据新的阵列种群输出稀疏子阵、旋转矩阵和扩展阵列。

本发明优选一种可扩展稀疏阵列天线布局的获取方法，所述初始化参数包括稀疏子阵和旋转矩阵的规模、稀疏子阵的稀疏单元数和最大迭代次数。

本发明优选一种可扩展稀疏阵列天线布局的获取方法，所述步骤1的具体方法如下：