CN107908859A - 一种阵列天线一维方向图的副瓣电平计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阵列天线一维方向图的副瓣电平计算方法，首先确定方向图的主瓣峰值，然后采用双向差分算法，向左和向右分别搜索主瓣左右方第一零点或拐点，确定主瓣位置；搜索主瓣左边副瓣区和右边副瓣区的最高副瓣电平，作为方向图的副瓣电平。与传统算法相比，该算法实现的复杂度较低，需要的计算量和内存消耗很小；除此之外，该算法能够很好处理方向图主瓣和副瓣融合在一起的情况，能识别方向图主瓣中的拐点，使副瓣电平计算得更加可靠和准确。

Description

一种阵列天线一维方向图的副瓣电平计算方法
技术领域
本发明涉及阵列天线分析技术领域，尤其是一种阵列天线一维方向图的副瓣电平计算方法。
背景技术
在计算阵列天线一维方向图的副瓣电平时，传统算法采用两种途径。第一种途径是先找到方向图最大值，作为主瓣峰值，然后向左右两边搜索，得到左右两边的第一零点。搜索左边零点以左区间的最大值，作为左边最大副瓣电平；搜索右边零点以右区间最大值，作为右边最大副瓣电平。取左右最大副瓣电平值的较大者，作为整个一维方向图的副瓣电平。第二种途径是搜索一维方向图的各个局部峰值，从方向图的最左边向右搜索，记录所有峰值的幅值和位置。其中最大峰值必然对应主瓣；第二峰值则对应最高旁瓣，其幅值为方向图的副瓣电平。
由于阵列天线的幅相加权问题，某些时候阵列天线的一维方向图上会出现“肩膀”，如图3所示，即方向图上出现拐点。这是由于方向图主瓣和第一副瓣甚至第二副瓣过于接近而融合在一起，主瓣和副瓣之间、相邻副瓣之间没有零陷出现。反观图2，则是标准的一维方向图，主瓣和副瓣、副瓣之间均正常分离而出现零陷。
在计算一维方向图副瓣电平的时候，如果主瓣存在拐点，则应该把拐点视为一个副瓣，并将其电平值纳入统计之中，因为拐点是主瓣和副瓣融合导致。传统算法在计算副瓣电平的时候，只是搜索方向图峰值来确定最高副瓣，因而不能识别拐点。所以目前需要一种新的副瓣电平计算方法，既能处理常规的方向图，也能处理带有拐点的方向图，并进一步降低运算量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种阵列天线一维方向图的副瓣电平计算方法，能够很好处理方向图主瓣和第一副瓣融合在一起的情况，使副瓣电平计算得更加可靠和准确。
为解决上述技术问题，本发明提供一种阵列天线一维方向图的副瓣电平计算方法，包括如下步骤：
(1)针对阵列天线一维方向图E，搜索方向图最大值，即主瓣峰值，记为E(p)，此处p表示主瓣峰值的坐标；为方向图E建立对应的差分数组D，E与D长度都为N，相同位置的方向性值和差分值具有对应关系，将E(p)对应的差分值D(p)置为0；
(2)搜索主瓣峰值左边第一个零点或者拐点，其坐标记为lC，然后搜索lC点左边区间(1～lC)中的最大值，作为主瓣左边区域的副瓣电平值，记为SL；
(3)搜索主瓣峰值右边第一个零点或者拐点，其坐标记为rC，然后搜索rC点右边区间(rC～N)中的最大值，作为主瓣右边区域的副瓣电平值，记为SR；
(4)将SL和SR进行比较，选择其中较大的一个，作为整个一维方向图的副瓣电平，作为结果进行输出。
优选的，步骤(2)中，所述的左边第一零点或者拐点搜索，其步骤如下：
(21)计算主瓣峰值左边相邻点的差分，计算方法如下：
D(l1)＝E(l1)-E(p)
此处l1表示主瓣峰值左边第一个离散坐标；
(22)计算主瓣峰值左边第二个点的差分：
D(l2)＝E(l2)-E(l1)
此处l2表示l1左边的相邻坐标；
(23)将D(l2)与D(l1)进行比较；如果D(l2)小于等于D(l1)，则将l2和l1均减1，然后进入第(22)步，继续左向搜索；如果D(l2)大于D(l1)，则停止左向搜索，将此时的l2记为lC。
优选的，步骤(3)中，所述的右边第一零点或者拐点搜索，其步骤如下：
(31)计算主瓣峰值右边相邻点的差分，计算方法如下：
D(r1)＝E(r1)-E(p)
此处r1表示主瓣峰值右边第一个离散坐标；
(32)计算峰值右边第二个点的差分：
D(r2)＝E(r2)-E(r1)
此处r2表示r1右边的相邻坐标。
(33)将D(r2)与D(r1)进行比较3；如果D(r2)小于等于D(r1)，则将r2和r1均加1，然后进入第(32)步，继续右向搜索；如果D(r2)大于D(r1)，则停止右向搜索，将此时的r2记为rC。
本发明的有益效果为：本发明在计算阵列天线一维方向图的幅瓣电平时，所采用的双向差分算法能基于最小的运算量，精确地找到零点或拐点的位置，进一步计算出方向图的幅瓣电平；算法实现的复杂度较低，计算量不大，需要的内存消耗很小；与传统算法相比，本发明能够很好处理方向图主瓣和第一副瓣融合在一起的情况，即识别主瓣中的拐点，使副瓣电平计算得更加可靠和准确。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为采用传统方法和双向差分算法对标准的一维方向图进行副瓣电平计算的结果示意图。
图3为采用传统方法和双向差分算法对带有拐点的一维方向图进行副瓣电平计算的结果。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出的阵列天线一维方向图副瓣电平计算方法，即双向差分算法。首先找到方向图的主瓣峰值，然后分别向左和向右搜索差分变大的位置，将此两处作为左右两边的零点或拐点，二者之间即为方向图主瓣。搜索主瓣左右两边区间的最大值，作为整个一维方向图的副瓣电平。该算法的特点是根据方向图相邻点之间的差分来判断方向性的变化，不仅可以找到峰值和零点，还可以发现拐点。
具体步骤如下：
步骤1)：搜索一维方向图主瓣峰值
针对阵列天线一维方向图E，搜索方向图最大值，即主瓣峰值，记为E(p)，此处p表示主瓣峰值的坐标。为方向图E建立对应的差分数组D，E与D长度都为N，相同位置的方向性值和差分值具有对应关系。将E(p)对应的差分值D(p)置为0。
步骤2)：左向搜索零点或者拐点
(1)计算主瓣峰值左边相邻点的差分，计算方法如下：
D(l1)＝E(l1)-E(p)
此处l1表示主瓣峰值左边第一个离散坐标。由于方向图主瓣的值向左不断下降，所以D(l1)为负数。
(2)计算主瓣峰值左边第二个方向图值的差分：
D(l2)＝E(l2)-E(l1)
此处l2表示l1左边的相邻坐标。
(3)将D(l2)与D(l1)进行比较。如果D(l2)小于等于D(l1)，则将l2和l1均减1，然后进入第(2)步，继续左向搜索；如果D(l2)大于D(l1)，则说明l2这个位置是一个零点或者拐点，此时可以停止左向搜索，进入下一步。
如果l2处不是拐点或者零点，则仍然处于方向图主瓣的加速下降区，D(l2)和D(l1)均为负数，且D(l2)的绝对值大于等于D(l1)的绝对值。此时必有D(l2)小于等于D(l1)。
在遇到拐点的时候，D(l2)和D(l1)均为负数，只不过D(l2)的绝对值会小于D(l1)的绝对值。在遇到零点的时候，D(l1)为负数，D(l2)有可能为正数，即方向图由加速下降突然转变为上升。这两种情况下，均必有D(l2)大于D(l1)。
步骤3)：计算主瓣左边副瓣电平
将此时的l2记为lC，表示主瓣峰值左边的拐点或零点。搜索lC点左边方向图的最大值，作为主瓣左边区域的副瓣电平值，记为SL。搜索范围为：E(l),0≤l≤lC。
步骤4)：右向搜索零点或者拐点
(1)计算主瓣峰值右边相邻点的差分，计算方法如下：
D(r1)＝E(r1)-E(p)
此处r1表示主瓣峰值右边第一个离散坐标。由于方向图主瓣的值向右不断下降，所以D(r1)为负数。
(2)计算峰值右边第二个方向图值的差分：
D(r2)＝E(r2)-E(r1)
此处r2表示r1右边的相邻坐标。
(3)将D(r2)与D(r1)进行比较。如果D(r2)小于等于D(r1)，则将r2和r1均加1，然后进入第(2)步，继续右向搜索；如果D(r2)大于D(r1)，则说明r2这个位置是一个零点或者拐点，此时可以停止右向搜索，进入下一步。
如果r2处不是拐点或者零点，则仍然处于方向图主瓣的加速下降区，D(r2)和D(r1)均为负数，且D(r2)的绝对值大于等于D(r1)的绝对值。此时必有D(r2)小于等于D(r1)。
在遇到拐点的时候，D(r2)和D(r1)均为负数，只不过D(r2)的绝对值会小于D(r1)的绝对值。在遇到零点的时候，D(r1)为负数，D(r2)有可能为正数，即方向图由加速下降突然转变为上升。这两种情况下，均必有D(r2)大于D(r1)。
步骤5)：计算主瓣右边副瓣电平
将此时的r2记为rC，表示主瓣峰值右边的拐点或零点。搜索rC点右边方向图的最大值，作为主瓣右边区域的副瓣电平值，记为SR。搜索范围为：E(r),rC≤r≤N。
步骤6)：结果输出
由以上分析可知，0～lC为左边副瓣区，lC～rC为主瓣区，rC～N为右边副瓣区。SL为左边副瓣区最高副瓣电平，SR为右边副瓣区最高副瓣电平。将SL和SR进行比较，选择其中较大的一个，作为整个一维方向图的副瓣电平，记为SALL，作为结果输出。
在将SALL作为结果输出时，也可以输出其他一些重要参数，包括差分数组D，主瓣零点宽度rC-lC等，对分析阵列天线方向性具有参考价值。
实施例1：本例进行阵列天线一维方向图的副瓣电平计算。天线方向图如图2所示，是一个标准的一维方向图，主瓣指向为θ0＝90°，角度θ从-90°到90°。不论是本发明提出的双向差分算法，还是传统的副瓣电平计算方法，都能很准确地计算出副瓣电平为-30dB。运算量统计表明，双向差分算法的运算量小于传统算法。
实施例2：本例进行阵列天线一维方向图的副瓣电平计算。天线方向图如图3所示，主瓣指向为θ0＝90°，角度θ从-90°到90°。方向图中存在主瓣和第一、第二副瓣融合在一起的情况，所以主瓣出现了拐点，表现为两级“肩膀”。传统算法由于不能识别拐点，所以算出副瓣电平为-30dB；双向差分算法能识别拐点，故能准确算出副瓣电平为-14dB。运算量统计表明，双向差分算法的运算量小于传统算法。
尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。

Claims (3)

1.一种阵列天线一维方向图的副瓣电平计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)针对阵列天线一维方向图E，搜索方向图最大值，即主瓣峰值，记为E(p)，此处p表示主瓣峰值的坐标；为方向图E建立对应的差分数组D，E与D长度都为N，相同位置的方向性值和差分值具有对应关系，将E(p)对应的差分值D(p)置为0；
(2)搜索主瓣峰值左边第一个零点或者拐点，其坐标记为lC，然后搜索lC点左边区间(1～lC)中的最大值，作为主瓣左边区域的副瓣电平值，记为SL；
(3)搜索主瓣峰值右边第一个零点或者拐点，其坐标记为rC，然后搜索rC点右边区间(rC～N)中的最大值，作为主瓣右边区域的副瓣电平值，记为SR；
(4)将SL和SR进行比较，选择其中较大的一个，作为整个一维方向图的副瓣电平，作为结果进行输出。
2.如权利要求1所述的阵列天线一维方向图的副瓣电平计算方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的左边第一零点或者拐点搜索，其步骤如下：
(21)计算主瓣峰值左边相邻点的差分，计算方法如下：
D(l1)＝E(l1)-E(p)
此处l1表示主瓣峰值左边第一个离散坐标；
(22)计算主瓣峰值左边第二个点的差分：
D(l2)＝E(l2)-E(l1)
此处l2表示l1左边的相邻坐标；
(23)将D(l2)与D(l1)进行比较；如果D(l2)小于等于D(l1)，则将l2和l1均减1，然后进入第(22)步，继续左向搜索；如果D(l2)大于D(l1)，则停止左向搜索，将此时的l2记为lC。
3.如权利要求1所述的阵列天线一维方向图的副瓣电平计算方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的右边第一零点或者拐点搜索，其步骤如下：
(31)计算主瓣峰值右边相邻点的差分，计算方法如下：
D(r1)＝E(r1)-E(p)
此处r1表示主瓣峰值右边第一个离散坐标；
(32)计算峰值右边第二个点的差分：
D(r2)＝E(r2)-E(r1)
此处r2表示r1右边的相邻坐标；
(33)将D(r2)与D(r1)进行比较3；如果D(r2)小于等于D(r1)，则将r2和r1均加1，然后进入第(32)步，继续右向搜索；如果D(r2)大于D(r1)，则停止右向搜索，将此时的r2记为rC。
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