CN108959788A - 一种平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法 - Google Patents

一种平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108959788A
CN108959788A CN201810763449.1A CN201810763449A CN108959788A CN 108959788 A CN108959788 A CN 108959788A CN 201810763449 A CN201810763449 A CN 201810763449A CN 108959788 A CN108959788 A CN 108959788A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wave beam
minor lobe
lobe
array
total space
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810763449.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108959788B (zh
Inventor
丛友记
程海荣
崔满堂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
724th Research Institute of CSIC
Original Assignee
724th Research Institute of CSIC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 724th Research Institute of CSIC filed Critical 724th Research Institute of CSIC
Priority to CN201810763449.1A priority Critical patent/CN108959788B/zh
Publication of CN108959788A publication Critical patent/CN108959788A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108959788B publication Critical patent/CN108959788B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明公布了一种平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法，针对平面阵列天线在全空间波束副瓣优化时效率低下的缺点，利用天线波束特点快速寻找天线全空间波束主瓣与副瓣区域，实现了天线全空间波束副瓣快速优化的目的。本发明能够显著提高副瓣优化效率，而且实现简单、通用性好，不依赖平面阵列天线单元的阵元类型。

Description

一种平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法
技术领域
本发明属于雷达天线技术领域。
背景技术
本发明用于对平面阵列天线的全空间波束副瓣优化。在工程应用中，针对一维阵列天线，可以采用泰勒分布等解析法或其他优化算法对波束副瓣进行优化，其天线波束仅为一维，数据量较少，因此优化效率较高；对于平面阵列，特殊的可分解矩形阵列、不可分解的圆形阵列则可以分别采用两个一维阵列分别优化再乘积或圆泰勒分布解析法来优化全空间波束副瓣。文献(汪茂光，吕善伟，刘瑞祥.《阵列天线分析与综合》.成都：电子科技大学出版社，1989.)、(薛正辉，李伟明，任武.《阵列天线分析与综合》.北京：北京航空航天大学，2011.)中对一维、二维规则阵列天线的副瓣优化均有详细阐述，但对于其他不规则形状的阵列天线或者仅相位加权波束副瓣优化，这些方法将失效。
实际工程应用中，天线波束副瓣是雷达抗干扰能力的关键技术指标，因此要求天线全空间均能有较低的副瓣。在天线副瓣优化过程中由于波束主瓣宽度不断变化，其副瓣区域亦不断变化，因此需要不断计算波束副瓣。然而天线全空间波束为两维数据，数据量大，如需寻找全空间波束副瓣，完全按照副瓣定义来寻找全空间波束副瓣，其计算效率极低。文献(Keizer,W.P.M.N.,“Fast low-sidelobe synthesis for large planar arrayantennas utilizing successive fast Fourier transforms of the array factor,”IEEE Trans.Antennas Propagat.,Vol.55,No.3,715–722,Mar.2007.)采用2D-chirp Z变换法来确定波束主瓣与副瓣区域，从而实现波束副瓣快速优化。这种方法针对相位加权阵列的波束分析较为复杂，且文中给出了波束副瓣的统计分布表，其中还有部分副瓣未能有效优化。
本发明通过分析阵列天线的波束特点，提出一种快速确定天线全空间波束最大副瓣的方法，以达到平面阵列天线全空间波束副瓣高效优化的目的。
发明内容
针对现有的技术缺点，本发明的目的在于提供一种平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法，以提高平面阵列天线全空间波束副瓣的优化效率。为实现上述目的，本发明是通过以下技术方法实现的。
一种平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法，其特征在于：它包含以下步骤：
第一步：已知A-E坐标下波束副瓣指标SLL0，阵列激励界B0，迭代次数上限K，初始化阵列激励I0；
第二步：利用逆快速傅里叶变换法计算阵列激励I0对应的波束P0，并计算波束P0的方位面零点宽度A0，俯仰面零点宽度E0；
第三步：将方位面主瓣零点宽度A0，俯仰面主瓣零点宽度E0分别作为椭圆的长轴与短轴构造椭圆区域，椭圆内部确定为主瓣区域M0，外部则确定为副瓣区域S0；
第四步：通过寻找副瓣区域S0最大值确定波束最大副瓣SLL1，判定SLL1是否大于SLL0，若小于或迭代次数大于迭代次数K则优化结束，若大于则将波束P0中大于SLL0的副瓣区域均强制减小到SLL0以下，形成新波束P1；
第五步：利用快速傅里叶变换法将波束P1反演，得到阵列激励I1，并根据激励界B0对I1限定得到新的阵列激励I0，转第二步。
本发明与现有技术方法相比，其有益效果是：
①本发明具有简单高效的优点，本发明根据波束特点快速确定波束主副瓣区域，从而达到快速确定全空间波束最大副瓣的目的，基于此实现了平面阵列天线全空间波束副瓣的快速优化。
②本发明通用性好，本发明不依赖平面阵列天线的阵元类型，且能实现激励的幅相加权或仅幅度、仅相位加权的波束副瓣优化设计。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为天线全空间波束副瓣优化方法流程图。
图2为优化前天线全空间波束。
图3为优化后天线全空间波束。
图4为优化后阵列激励相位分布。
具体实施方式
本说明书以100×100规模平面阵列为例进行天线全空间波束副瓣快速优化方法的说明，以下是平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法的详细说明。
第一步：已知A-E坐标下波束副瓣指标SLL0，阵列激励界B0，迭代次数上限K，初始化阵列激励I0，本例中副瓣优化目标定为-28dB，仅相位加权优化激励，相位范围是-180°～180°，迭代次数设为200次，初始化激励为均一化即各单元激励均相同；
第二步：利用逆快速傅里叶变换法(IFFT)计算阵列激励I0对应的波束P0，优化前阵列波束形状如图2所示，图中可以看出本例中阵列天线的最大副瓣电平较高，达到了-13dB。计算波束P0的方位面零点宽度A0，俯仰面零点宽度E0，这里方位面与俯仰面直接从波束P0中提取，而零点宽度只需对一维波束数据进行计算，计算量较小；
第三步：将方位面主瓣零点宽度A0，俯仰面主瓣零点宽度E0分别作为椭圆的长轴与短轴构造椭圆区域，构造的椭圆方程为对于波束P0，其椭圆内部确定为主瓣区域M0，外部则确定为副瓣区域S0；
第四步：通过寻找副瓣区域S0中的最大值确定波束最大副瓣SLL1，本例中判定SLL1是否大于-28dB，若小于或迭代次数大于200次则优化结束，若大于则将波束P0中大于-28dB的副瓣区域均强制减小为-28dB以下，形成新波束P1；
第五步：利用快速傅里叶变换法(FFT)将波束P1反演，得到阵列激励I1，并根据激励界B0对I1限定得到新的阵列激励I0，本例中将幅度均强制为1，而相位不变，转第二步。
通过上述步骤仅相位加权对该阵列波束全空间副瓣优化后，可以看出该阵列最大副瓣已从-13dB降至-27dB，迭代次数为200次，计算时间仅为19秒。

Claims (1)

1.一种平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法，其特征在于包含以下步骤：
第一步：已知A-E坐标下波束副瓣指标SLL0，阵列激励界B0，迭代次数上限K，初始化阵列激励I0；
第二步：利用逆快速傅里叶变换法计算阵列激励I0对应的波束P0，并计算波束P0的方位面零点宽度A0，俯仰面零点宽度E0；
第三步：将方位面主瓣零点宽度A0，俯仰面主瓣零点宽度E0分别作为椭圆的长轴与短轴构造椭圆区域，椭圆内部确定为主瓣区域M0，外部则确定为副瓣区域S0；
第四步：通过寻找副瓣区域S0最大值确定波束最大副瓣SLL1，判定SLL1是否大于SLL0，若小于或迭代次数大于迭代次数K则优化结束，若大于则将波束P0中大于SLL0的副瓣区域均强制减小到SLL0以下，形成新波束P1；
第五步：利用快速傅里叶变换法将波束P1反演，得到阵列激励I1，并根据激励界B0对I1限定得到新的阵列激励I0，转第二步。
CN201810763449.1A 2018-07-12 2018-07-12 一种平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法 Active CN108959788B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810763449.1A CN108959788B (zh) 2018-07-12 2018-07-12 一种平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810763449.1A CN108959788B (zh) 2018-07-12 2018-07-12 一种平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108959788A true CN108959788A (zh) 2018-12-07
CN108959788B CN108959788B (zh) 2023-02-17

Family

ID=64483020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810763449.1A Active CN108959788B (zh) 2018-07-12 2018-07-12 一种平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108959788B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110083923A (zh) * 2019-04-23 2019-08-02 成都电科星天科技有限公司 一种基于高阶泰勒展开的低副瓣阵列天线的优化布局方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104409853A (zh) * 2014-11-27 2015-03-11 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 平面阵列天线电扫波束形状控制方法
CN106850016A (zh) * 2017-02-23 2017-06-13 金陵科技学院 基于mift与cp混合算法的仅相位加权阵列天线波束赋形优化方法
CN107729640A (zh) * 2017-10-10 2018-02-23 金陵科技学院 一种使用最少阵元的稀疏天线阵列综合布阵方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104409853A (zh) * 2014-11-27 2015-03-11 中国船舶重工集团公司第七二四研究所 平面阵列天线电扫波束形状控制方法
CN106850016A (zh) * 2017-02-23 2017-06-13 金陵科技学院 基于mift与cp混合算法的仅相位加权阵列天线波束赋形优化方法
CN107729640A (zh) * 2017-10-10 2018-02-23 金陵科技学院 一种使用最少阵元的稀疏天线阵列综合布阵方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王力等: "一种阵列天线快速波束赋形方法", 《现代雷达》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110083923A (zh) * 2019-04-23 2019-08-02 成都电科星天科技有限公司 一种基于高阶泰勒展开的低副瓣阵列天线的优化布局方法
CN110083923B (zh) * 2019-04-23 2022-12-06 成都电科星天科技有限公司 一种基于高阶泰勒展开的低副瓣阵列天线的优化布局方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108959788B (zh) 2023-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103383450B (zh) 共形阵列雷达幅相误差校正快速实现方法
CN107589399B (zh) 基于多采样虚拟信号奇异值分解的互质阵列波达方向估计方法
CN110361691B (zh) 基于非均匀阵列的相干信源doa估计fpga实现方法
CN110059422B (zh) 频率选择表面曲面天线罩的电磁散射特性仿真方法
CN104793176A (zh) 一种基于fpga的doa估计快速实现方法
CN104850712A (zh) 实物表面采样数据拓扑邻域查询方法
CN110059290A (zh) 一种基于gpu的三阶低秩张量计算方法
CN105160115A (zh) 基于近似与灵敏度分析的反射面天线机电集成优化设计方法
CN109871631A (zh) 基于非均匀快速傅里叶变换算法的阵列方向图综合方法
CN101794355B (zh) 电大物体电磁辐射和散射的计算机核外并行计算方法
CN116720389A (zh) 一种星载阵列天线辐射场的计算方法、装置及介质
CN108959788A (zh) 一种平面阵列天线全空间波束副瓣快速优化方法
Huang et al. An efficient FPGA implementation for 2-D MUSIC algorithm
CN103412970A (zh) 脊波导缝隙阵列天线方向图优化方法
Jelich et al. Efficient solution of block Toeplitz systems with multiple right-hand sides arising from a periodic boundary element formulation
Zheng et al. Three dimensional acoustic shape sensitivity analysis by means of adjoint variable method and fast multipole boundary element approach
CN106156475A (zh) 电大尺寸目标的瞬态电磁特性快速提取方法
Guo et al. Pattern synthesis of concentric circular antenna array by nonlinear least-square method
CN104898093A (zh) 基于gs算法的mimo雷达正交相位编码信号设计方法
CN107526869B (zh) 一种基于函数逼近自适应三维微波管输入输出窗模型降阶的数值方法
He et al. Frequency-domain and time-domain solvers of parabolic equation for rotationally symmetric geometries
CN103792509B (zh) 电磁信号的二维波达方向角估计方法
CN104166795B (zh) 一种基于多观测向量稀疏表示的复正弦波频率估计方法
Lee Three-dimensional acoustic scattering by multiple spheres using collocation multipole method
Shi et al. An efficient FPGA parallel implementation for 2-D MUSIC algorithm

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant