[发明专利]一种采用知识和数据混合驱动的阵列天线设计方法

权利要求书

1.一种采用知识和数据混合驱动的阵列天线设计方法，其特征在于，引入平面耦合区域分割技术和平面虚拟子阵拟合技术，结合机器学习数据驱动的方法，实现了快速的二维阵列环境下的有源元阵元的有源方向图的建模。

2.根据权利要求1所述的采用知识和数据混合驱动的阵列天线设计方法，其特征在于，所述平面耦合区域分割技术将所考虑的阵元视作有源元阵元，即将每个阵元的位置特征而非阵列整体的排布作为阵元模型的输入进行学习，继而在其周围划分出一系列区域用以定义周围阵元的互耦对所考虑的有源元阵元的有源方向图的影响，并采用周围阵元与所考虑的有源元阵元的距离的倒数作为其特征之一即相对位置特征，并对平面耦合区域中存在的相邻单元个数小于一个耦合区域内所需考虑的临近单元的数量的区域，采用虚拟的相对距离为无穷大的相邻单元对该区域进行补全，从而保证了该相对位置特征的连续性。

3.根据权利要求2所述的采用知识和数据混合驱动的阵列天线设计方法，其特征在于，所述平面虚拟子阵拟合技术将有源元阵元的有源方向图视作一个等间距的平面虚拟子阵在恰当激励下所合成的阵列方向图，从而将有源元阵元的有源方向图的表征从逐角度的辐射信息转换为平面虚拟子阵的激励信息，从而降低了对有源元阵元的学习和预测所需要的计算复杂度。

4.根据权利要求3所述的采用知识和数据混合驱动的阵列天线设计方法，其特征在于，所述平面耦合区域分割技术具体包括以下步骤：将其周围半径为R_c的区域定义为将会对有源元阵元的有源单元方向图造成影响的互耦区域，继而将此区域根据方位角φ划分成M个区域；对每个区域，将满足下列条件的相邻单元列入需要考虑的范围：

其中i_m代表了所划分的耦合区域的序号，而[r_m,k,φ_m,k]则定义了相应的邻近单元在极坐标下与有源元阵元的相对位置，其中k代表了该邻近单元与有源元阵元在区域m中的欧式距离为第k近，K表示在一个耦合区域内所需考虑的临近单元的数量；对在耦合区域中，存在的相邻单元个数小于K个的情况，采用虚拟的相对距离为无穷大的相邻单元对该区域进行补全；由此定义的有源元阵元的输入参数为：

l_n＝[x_n,1/r_n]^tr (1.2)

其中，x_n代表了第n个有源元阵元的绝对位置，tr表示对矩阵的转置，而r_n代表了多个与所考虑的有源元阵元相邻的阵元与有源元阵元之间的相对位置，表示为：

r_n＝[r_1,1,n,...,r_1,k,n,...,r_1,K,n,...,r_m,k,n,...,r_M,K,n]^tr (1.3)

其中r_m,k,n的第一个下标m表示所考虑的区域的序号，第二个下标k表示该区域中临近单元的序号，第三个下标n表示所考虑的有源元阵元的序号；式(1.2)中对r_n的倒数处理确保了相对位置参数的连续性，即将无限远处的相邻单元的相对位置参数视作1/r_n＝0。

5.根据权利要求4所述的采用知识和数据混合驱动的阵列天线设计方法，其特征在于，所述平面虚拟子阵拟合技术具体包括以下步骤：

将有源元阵元的辐射信息的表征从逐角度的辐射特性转换为一个等间距的平面虚拟子阵的激励信息，拟合过程如下式所示：

其中g_n(u,v)代表需拟合的有源元阵元的有源单元方向图在u-v坐标系下的复数值，g_ave(u,v)代表了阵列中所有阵元的有源单元方向图的平均值，P代表所拟合成的平面虚拟子阵在行方向上的总个数，Q代表所拟合成的平面虚拟子阵在列方向上的总个数，c_n,p,q代表了该平面虚拟子阵在第p行第q列处的虚拟阵元n的激励，d代表了该平面虚拟子阵的阵元间距，u和v代表所考虑的角度点在u-v坐标系下的表示，通过下式计算平面虚拟子阵的激励c_n,p,q：

其中

g_n＝[g_n(u₁,v₁),...,g_n(u_k,v_s)]^tr (1.9)

其中g_ave(u_k,v_s)为g_ave(u,v)在相应的u-v坐标系下的值，通过计算下式来得到式(1.5)的解：

其中Z_n＝GE_n。