[发明专利]一种基于迭代加权L1范数的受损阵列天线方向图修复方法

说明书

本发明公开了一种基于迭代加权L1范数的受损阵列天线方向图修复方法，包括如下步骤：S1、获得阵列天线的原始激励以及受损单元的位置和个数，将受损单元的激励置0；S2、计算出阵列天线的原始方向图以及部分单元受损后的实际方向图，设置修复目标参数，包括最大旁瓣电平和主瓣波束范围；S3、利用迭代加权L1范数优化算法，对剩余完好单元进行激励补偿迭代优化直至满足迭代结束条件，达到目标修复效果，得到修复后的阵列方向图函数。本发明方法可以应用于直线阵列与平面阵列的方向图修复，并且相比于传统的阵列修复算法，在修复效果、修复复杂度、修复时间上均有较强的优势，因此本方法在实际应用中有十分突出的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及阵列天线方向图技术领域，具体涉及一种基于迭代加权L1范数的受损阵列天线方向图修复方法。

背景技术

有源相控阵天线，是由成百上千个天线单元与接收/发送组件(T/R组件)连接，并且按照一定规则的排布方式构成的天线系统。有源相控阵天线广泛应用于雷达探测、卫星通讯、电子对抗等军用或民用领域，由于天线单元数量的支持以及T/R组件对各单元幅度与相位的可调节特性，具有高增益、窄波束、低旁瓣和可扫描、可波束赋形等特点与功能。

然而，由于阵元数量庞大，而且在日益恶劣的工作环境与电磁环境下，随着工作时间增加，会出现部分单元的损坏。损坏的单元会破坏阵列的空间响应，特别是当损坏的单元数量超过一定范围或损坏单元具有较强的空间相关性时，会导致方向图的增益下降、旁瓣电平升高、波束宽度变宽、赋形方向图畸变等问题，进一步会导致雷达探测距离与精度降低。为了降低上述损坏单元造成的影响，除了重新更换天线单元的方法外，利用剩余完好单元来补偿或修复原有阵列的辐射特性成为了低成本、高效率的方法。

关于利用未受损单元重构激励的方向图修复方法主要涉及到优化算法的使用。目前，关于阵列天线方向图修复的相关的优化算法主要包含了全局优化算法和非全局智能优化算法两种类型。全局智能优化算法主要是将阵列目标方向图的修复特性设置为代价函数，利用迭代的方法进行优化变量的全局搜索与进化。通过利用经典遗传算法的单目标代价函数的最小化方法，J.A.Rodriguez对阵列激发的旁瓣电平、方向性系数、动态范围以及修正次数进行了处理，此外，粒子群算法、模拟退火算法也经常被用于相关应用，但该类算法往往易陷于局部最优解，无法完成某些高性能特性的方向图修复。非全局智能优化算法能够在一定程度上弥补上述算法的缺陷，Y.Yang等人采用矢量空间投影算法来联合优化与辐射模式和阵列结构相关的不同阵列特征；Keizer利用阵列激发和相应阵列因子之间的可逆傅里叶关系来计算校正的权值以恢复参考模式。M.D.Migliore将替代的L2范数投影方法与稀疏故障检测策略相结合，用289个单元修正出现故障的平面阵列。然而，上述方法并未考虑利用最小的重构单元去恢复出期望的辐射效果，使得重构T/R组件的数量多，复杂度与成本增大。2020年，F.Zardi等人首次提出了最小复杂度修复法(MCFC)，将重构激励个数用压缩的方法最小化，证明了在完成高性能阵列方向图修复的同时，得到重构激励的最小复杂度方法，然而该方法会随着阵列规模变大而导致迭代步数变多，不适合大规模阵列的修复。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于迭代加权L1范数的受损阵列天线方向图修复方法，用于解决阵列天线部分单元失效后，对受影响的阵列远场方向图进行补偿修复的问题。对剩余单元补偿激励的L1范数进行再加权的最小化优化，在低旁瓣电平和窄波束宽度的约束下，仅需要10次以下的迭代次数便能收敛到最小的重构单元个数，在重构单元个数上更少、收敛速度更快，更适用于大型天线阵列的修复，解决了上述背景技术中提到的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于迭代加权L1范数的受损阵列天线方向图修复方法，包括如下步骤：

S1、获得阵列天线的原始激励以及受损单元的位置和个数，将受损单元的激励置0；

S2、计算出阵列天线的原始方向图以及部分单元受损后的实际方向图，设置修复目标参数，包括最大旁瓣电平和主瓣波束范围；