[发明专利]一种阵列天线宽波束增益优化方法

说明书

本发明属于阵列天线技术领域，尤其是涉及一种阵列天线宽波束增益优化方法。本发明直接以阵列天线的功率增益表达式为约束对象，通过对阵元因子的优化加权，在同等主瓣增益的情况下，进一步降低副瓣电平。本发明的有益效果为，本发明直接以阵列天线的功率增益表达式为约束对象，通过交替迭代方法对阵元激励进行优化，相较于传统的以天线方向图表达式为约束对象的SBPS方法，在获得相同宽主瓣增益的前提下，大大降低了阵列天线的副瓣电平。

技术领域

本发明属于阵列天线技术领域，尤其是涉及一种阵列天线宽波束增益优化方法。

背景技术

宽波束阵列天线具有广泛的应用，其中一个比较典型的应用场景是移动车载阵列天线对卫星多媒体信号的接收。该场景要求天线具有较宽的主瓣以适应车辆的随机移动特性，以确保天线在不同角度都能很好地接收多媒体信号；同时考虑卫星信号的长距离衰落，要求天线具有一定的增益，以有效恢复多媒体信息。同时为了有效抑制环境噪声和杂波等不利因素对接收信号质量的影响，要求阵列天线具有低副瓣特性。针对此应用需求，现有方法通过对阵列天线各阵元激励的优化合成具有特定形状的宽波束波形，然后再计算器主瓣增益和副瓣电平，因此难以对宽主瓣波束的增益进行控制，从而难以获得给定主瓣增益条件下的最低副瓣特性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种阵列天线宽波束增益优化方法，该方法直接以阵列天线的功率增益表达式为约束对象，通过对阵元因子的优化加权，在同等主瓣增益的情况下，进一步降低副瓣电平。

本发明的技术方案为：

一种阵列天线宽波束增益优化方法，包括：

以阵列天线的副瓣电平最小化为目标建立优化模型，并通过求解优化模型得到优化的阵元激励；

所述优化模型为：

其中，ρ为副瓣电平，w为阵元激励，A(θ,φ)＝a(θ,φ)a^H(θ,φ)，a(θ,φ)为只与阵因子有关的系数，(θ,φ)表示方向，G₀为给定的最小主瓣增益，Θ_M和Θ_S分别表示主瓣区域和副瓣区域，(·)^H为共轭转置符；

将矩阵B分解为两个相同正定矩阵C的乘积，定义P(θ,φ)＝C^-HA(θ,φ)C^-1，x＝Cw，将优化模型重新构建为：

对重新构建的优化模型进行求解：

用x_l和x_r代替模型中的左x和右x，同时将第一个约束的左边表达式用实部表示，将第二个约束近似表述为其模值，将第三个等式约束松弛为||x||₂≤1，则得到新的优化模型为：

在给定x_l的前提下，采用迭代方法，交替更新x_l和x_r，其中x_r由新的优化模型求解得到，x_l的更新公式为x_l＝x_l+0.5(x_r-x_l)，直到二者间的差距满足设定的阈值后，得到x＝x_l，从而得到最终的阵列激励w＝C^-1x。

给定x_l的方法为，通过下式初始化x_l：

x_l＝(1-α)x_l1+αx_l2

其中x_l1为通过求解如下问题获得：