CN110808766A - 一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法 - Google Patents

一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法 Download PDF

Info

Publication number
CN110808766A
CN110808766A CN201910948819.3A CN201910948819A CN110808766A CN 110808766 A CN110808766 A CN 110808766A CN 201910948819 A CN201910948819 A CN 201910948819A CN 110808766 A CN110808766 A CN 110808766A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optimized
directional diagram
phase excitation
directional
calculating
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
CN201910948819.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110808766B (zh
Inventor
孙红兵
虞舜华
梁志伟
汪智
程岩
余伟
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.)
CETC 14 Research Institute
Original Assignee
CETC 14 Research Institute
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 CETC 14 Research Institute filed Critical CETC 14 Research Institute
Priority to CN201910948819.3A priority Critical patent/CN110808766B/zh
Publication of CN110808766A publication Critical patent/CN110808766A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110808766B publication Critical patent/CN110808766B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/06—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station
    • H04B7/0613—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission
    • H04B7/0615—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal
    • H04B7/0617—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the transmitting station using simultaneous transmission of weighted versions of same signal for beam forming
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station
    • H04B7/0868—Hybrid systems, i.e. switching and combining
    • H04B7/088—Hybrid systems, i.e. switching and combining using beam selection

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本申请公开了一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，该包括：步骤S1，计算待优化方向图中待优化方向图的展宽倍数，并根据展宽倍数将待优化方向图进行排序；步骤S2，计算相邻两个待优化方向图之间展宽倍数的比值，当判定该比值大于或等于约束阈值时，根据预设目标指标，在相邻的两个待优化方向图之间，插入虚拟待优化方向图，记作修订待优化方向图；步骤S3，根据泰勒函数，计算修订待优化方向图组的通用幅度分布；步骤S4，根据相位激励计算公式，采用分段式搜索算法，计算修订待优化方向图的相位激励。通过本申请中的技术方案，提高方向图的优化效率，解决阵列天线中快速波束展宽的计算需求，使得阵列天线具有连续的波束特性。

Description

一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法
技术领域
本申请涉及阵列天线雷达成像的技术领域，具体而言，涉及一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法。
背景技术
快速波束赋形算法，是阵列天线领域中的重要技术，其主要实施方法可分为以下两类：
第一类是通过目标方向图直接解析计算，得到每一个辐射单元的幅度和/或相位分布。如：基于远场方向图解析算法，通过该算法，可以解析获取阵列天线中，每个辐射单元的幅度和相位分布。
但是该算法的应用场景限制较多，通常情况下，不能准确描述展宽后的方向图；且根据快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation,FFT)求解的幅度和相位激励，往往在工程上较难实现；此外其方向图对幅度和/或相位误差的变化相对敏感。因此，上述方法，在实际工程领域中的应用相当有限。
第二类是通过快速搜索算法引擎，通过大量随机数或伪随机数，迭代生成若干组、潜在符合要求的、所有阵元的幅度和/或相位分布，计算每一幅度和/或相位分布所对应的方向图，从这些方向图中，选择与目标函数最接近的方向图，从而确定所有阵元的复激励。
此类快速搜索算法的主要不足之处主要有三点：
第一，幅度和相位分布的求解过于依赖随机量，可重复性较差；
第二，此类算法需要实时优化算法引擎，以避免最终求解结果无法收敛或仅收敛于局部极值；
第三，此类算法的收敛速度，很大程度上取决于获得首批(或首个)接近目标的初值所用的计算量，其求解效率不具可预见性。
而现有技术中，对于电大尺寸阵列天线，特别是待优化方向图数量达到1000个左右的大型阵列天线，这类阵列天线对波束展宽算法的可重复性、计算效率和算法的收敛效率均有较高的要求，之前提及的相关算法引擎，往往不能同时满足上述三项要求，通常会导致天线波束展宽算法的计算效率、算法稳定性的降低。基于上述考虑，需要重新设计兼顾可重复性、计算效率、收敛效率，且在实际工程领域中易实现的相控阵天线的快速波束赋形算法。
发明内容
本申请的目的在于：解决阵列天线中快速波束展宽的需求，解决传统阵列天线波束赋形算法过分依赖随机量或伪随机量，求解速度慢，求解过程不稳定等问题，提出一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，具有求解速度快，不依赖随机量，求解结果可重复，覆盖性良好，较难收敛于局部极致等优点。同时，由于该算法在优化过程中，都使用相近波束宽度方向图的幅度和相位分布作为初值，可通过归一化的目标函数，实现不同波束宽度方向图的求解，且求解获得的方向图，与相近波束宽度的方向图波束特性类似，特别适用于孔径合成雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)，同一模式中多组方向图的优化，其优化结果具有连续性。
本申请第一方面的技术方案是：提供了一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，波束展宽算法适用于阵列天线的波束展宽确定，该算法包括：
步骤S1，计算待优化方向图中待优化方向图的展宽倍数，并根据展宽倍数，将待优化方向图进行排序；
步骤S2，计算相邻两个待优化方向图之间展宽倍数的比值，当判定比值大于或等于约束阈值时，根据预设目标指标，在相邻的两个待优化方向图之间，插入虚拟待优化方向图，记作修订待优化方向图，其中，预设目标指标包括优化方向图和待优化方向图之间的波束指向差、波速宽度差、方向图方向性系数中的至少一种；
步骤S3，根据泰勒函数，计算所述修订待优化方向图组的通用幅度分布；
步骤S4，根据相位激励计算公式，采用分段式搜索算法，计算所述修订待优化方向图的相位激励，并根据通用幅度分布和相位激励，确定阵列天线的波束展宽，其中，所述相位激励计算公式为：
Phase(xi)＝aixi 6+bixi 4+cixi 2
式中，i为待优化方向图的个数，i＝1,2,…,N，xi为第i个待优化方向图的位移，ai、bi、ci为方向图参数，Phase(xi)为相位激励。
上述任一项技术方案中，进一步地，插入虚拟待优化方向图，具体包括：步骤S21，当判定相邻的第i个和第i+1个待优化方向图之间展宽倍数的比值大于或等于约束阈值R时，根据第i+1个待优化方向图，生成虚拟待优化方向图，将第i+1个待优化方向图记作第i+2个待优化方向图，将虚拟待优化方向图记作第i+1个待优化方向图；步骤S22，重新计算第i个和第i+1个待优化方向图之间展宽倍数的比值，并判断比值是否小于约束阈值，若是，执行步骤S3，若否，重新执行步骤S21。
上述任一项技术方案中，进一步地，分段式搜索算法，包括：步骤S41，根据初级缩放因子、步进比值因子和初始参数
Figure BDA0002224880070000031
计算初级搜索区间，并根据预设步进长度，在初级搜索区间内，搜索初级估计参数，并计算对应初级相位激励；步骤S42，选取与预设目标指标最接近的初级相位激励，并将选取出的初级相位激励对应的初级估计参数，作为次级参数
Figure BDA0002224880070000032
步骤S43，次级缩放因子、步进比值因子和次级参数
Figure BDA0002224880070000033
计算次级搜索区间，并根据预设步进长度，在次级搜索区间内，搜索次级估计参数，并计算对应的次级相位激励；步骤S44，选取与预设目标指标最接近的次级相位激励，并根据预设运算次数，判断次级相位激励是否为最优解，若是最优解，则将次级相位激励作为修订待优化方向图的相位激励，若否，选取次级相位激励对应的次级估计参数，修订次级参数，重新执行步骤S43。
上述任一项技术方案中，进一步地，步骤S1中，还包括：根据预设修订系数，对展宽倍数进行修订，其中，预设修订系数为1/cosθ，θ为待优化方向图的波束指向。
上述任一项技术方案中，进一步地，约束阈值的取值范围为1.0至1.2。
上述任一项技术方案中，进一步地，虚拟待优化方向图与第i+1个待优化方向图相同、且虚拟待优化方向图的波束宽度为第i+1个待优化方向图的波束宽度的倍数，所述倍数与所述约束阈值取值相同。
本申请第二方面的技术方案是，提供了一种雷达成像系统，雷达成像系统设置有阵列天线，雷达成像系统采用如第一方面技术方案中任一项的基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，确定阵列天线发射信号的波束展宽，并根据接收到的反射信号进行雷达成像。
一方面实现对阵列天线进行全空域辐射特性进行约束，另一方面，优化阵列天线雷达成像特性。
本申请的有益效果是：
1)本申请中的波束展宽算法，通过计算相邻待优化方向图之间展宽倍数的比值，并在比值较大的两张待优化方向图之间插入虚拟待优化方向图，并通过迭代式的分段式搜索算法，使得本申请中的波束展宽算法不依赖于随机量或伪随机量，在保证展宽波束计算精度的同时，能够保证计算结果的可重复性，适用于大型阵列天线中的展宽波束计算。
2)本申请有效利用已优化的方向图，作为下一个待优化方向图的初值进行求解，大幅度提高了方向图的优化效率，且通过本申请中的波束展宽算法，各波束宽度接近的优化方向图之间，具有连续性的波束特性，适用于孔径合成雷达固定模式的方向图优化。
3)本申请采用准全域遍历搜索算法，解决了相位激励计算过程中，漏解和求救不收敛的问题。
4)通过本申请中的波束展宽算法，阵列天线展宽波束对应阵元激励的求解过程得以大幅度简化，计算效率大幅度提升，并提高了优化算法的高鲁棒性。
附图说明
本申请的上述和/或附加方面的优点在结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请的一个实施例的基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法的示意流程图；
图2是根据本申请的一个实施例的分段式搜索算法的示意流程图；
图3是根据本申请的一个实施例的最大波束宽度方向图的仿真图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
天线方向图，是指在离天线一定距离处，辐射场的相对场强随球坐标或SAR坐标方向变化的图形，通常采用通过天线最大辐射方向上的两个相互垂直的平面方向图来表示。
设定本实施例中阵列天线的待优化方向图数量为800个，获取当前时刻的待优化方向图之后，将赋形目标相似的待优化方向图归为一组，通常，对赋形目标相近的定义多通过阵列天线工作模式、待优化波束特性、优化限制等因素综合考量，因此，本实施例中，将工作模式相同、且波束宽度相近的待优化方向图划分为一组，记作待优化方向图组，其中，待优化方向图也可以记作波位。
对任一组待优化方向图组而言，利用现有优化方法，对该组中的首个待优化方向图进行优化，得到优化方向图。并设定首个待优化方向图的优化目标组合，如优化方向图和待优化方向图的波束指向差、波束宽度差、方向图方向性系数等，将上述目标组合设定为目标函数，根据设定的目标函数，量化考量得到的优化方向图，若该优化方向图与目标函数较为符合时，开始批量优化，否则，重新优化首个待优化方向图。
之后，将每一个待优化方向图优化得到的结果，作为下一时刻该组待优化方向图组的优化初始值，进行迭代优化。
实施例一：
如图1所示，本实施例提供了一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，适用于阵列天线中每一组待优化方向图中波束展宽的确定，该波束展宽算法包括：
步骤S1，计算待优化方向图中待优化方向图的展宽倍数，并根据展宽倍数将待优化方向图进行排序。
具体地，设定展宽倍数为待优化方向图的波束宽度与天线标准(法向)波束宽度之间的比值，计算各个待优化方向图的展宽倍数，并依据展宽倍数的大小，按由小到大的顺序，将该组待优化方向图组内的全部待优化方向图进行排序。
优选地，由于扫描时会在待优化方向图中引入误差，因此，根据预设修订系数，对展宽倍数进行修订，得到纯展宽倍数，其中，预设修订系数为1/cosθ，θ为待优化方向图的波束指向。
步骤S2，计算相邻两个待优化方向图之间展宽倍数的比值，当判定该比值大于或等于约束阈值时，根据预设目标指标，在相邻的两个待优化方向图之间，插入虚拟待优化方向图，记作修订待优化方向图，其中，预设目标指标包括优化方向图和待优化方向图之间的波束指向差、波速宽度差、方向图方向性系数中的至少一种。
优选的，约束阈值的取值范围为1.0至1.2。
具体的，在本实施例中设定约束阈值R＝1.1。得到该组中每一个待优化方向图的展宽倍数之后，按照排序后的顺序，依次计算相邻的两个待优化方向图之间展宽倍数的比值，并将该比值与约束阈值进行比较。
当判定该比值小于约束阈值R时，判断下一个比值是否小于该约束阈值。
当判定该比值大于或等于约束阈值R时，在这两个相邻的待优化方向图之间插入虚拟待优化方向图，重新计算这两个相邻的待优化方向图与虚拟待优化方向图之间的比值。
本实施例示出一种插入虚拟待优化方向图的方法，具体包括：
步骤S21，当判定相邻的第i个和第i+1个待优化方向图之间展宽倍数的比值大于或等于约束阈值R时，根据第i+1个待优化方向图，生成虚拟待优化方向图，将第i+1个待优化方向图记作第i+2个待优化方向图，将虚拟待优化方向图记作第i+1个待优化方向图，其中，虚拟待优化方向图与第i+1个待优化方向图相同、且虚拟待优化方向图的波束宽度为第i+1个待优化方向图的波束宽度的倍数，倍数与约束阈值取值相同，在本实施例中的取值为1.1；
具体的，在生成虚拟待优化方向图时，将待优化方向图的波束宽度设定为1.1倍，其余参数不变，生成虚拟待优化方向图，插入待优化方向图和待优化方向图之间。
步骤S22，重新计算第i个和第i+1个待优化方向图之间展宽倍数的比值，并判断该比值是否小于约束阈值，若是，执行步骤S3，若否，重新执行步骤S21。
具体的，通过上述过程，使得相邻的两个待优化方向图之间、待优化方向图与插入的虚拟待优化方向图之间、两个虚拟待优化方向图之间，展宽倍数的比值小于均约束阈值。
步骤S3，根据泰勒函数，计算修订待优化方向图组的通用幅度分布；
具体的，在插入虚拟待优化方向图之后，可以认为，阵列天线的幅度分布，符合泰勒函数的计算结构，因此，采用现有阵列天线中的幅度计算方法，可以计算出对应的通用幅度分布。
步骤S4，根据相位激励计算公式，采用分段式搜索算法，计算修订待优化方向图的相位激励，并根据通用幅度分布和相位激励，确定阵列天线的波束展宽，其中，相位激励计算公式为：
Phase(xi)＝aixi 6+bixi 4+cixi 2
式中，i为待优化方向图的个数，i＝1,2,…,N，xi为第i个待优化方向图的位移，ai、bi、ci为方向图参数，Phase(xi)为相位激励。
具体的，对于第i个待优化方向图(即第i组天线相位分布)而言，可以通过各类编码方式，将方向图参数(ai、bi、ci)的数量大幅精简，提高求解效率。编码方式多不固定，需根据优化目标和优化方法进行选择，常规的编码方式包括二次型编码、多项式编码、勒让德多项式编码、准光学编码等。
在本实施例中，以六阶多项式，对相控阵列天线的相位，进行三参数编码，使用方向图参数ai、bi、ci作为待求解未知量，每一个通道的相位可根据上述公式求解。
本实施例示出一种分段式搜索算法，包括：
具体地，如图2所示，设定初级缩放因子k1＝3，次级缩放因子k2＝0.2，步进比值因子K＝1.05，第一虚拟待优化方向图纯展宽倍数P＝3.6，初始参数值依次为a0＝0.8，b0＝-0.8，c0＝0.8，以上述设定值，迭代计算任一个待优化方向图的相位激励。
设定前i个待优化方向图已经优化完毕，且第i个待优化方向图与第i+1个待优化方向图之间展宽倍数的比值小于约束阈值，此时，将第i-1个待优化方向图的、已确定的方向图参数(ai-1、bi-1、ci-1)作为第i个待优化方向图的初始参数
Figure BDA0002224880070000081
步骤S41，根据初级缩放因子k1＝3、步进比值因子K＝1.05和初始参数
Figure BDA0002224880070000082
计算初级搜索区间，并根据预设步进长度，在初级搜索区间内，搜索初级估计参数，并计算对应初级相位激励，其中，初级搜索区间依次为：
Figure BDA0002224880070000083
Figure BDA0002224880070000091
Figure BDA0002224880070000092
具体的，设定初级缩放因子k1＝3、步进比值因子K＝1.05，此时，初始参数
Figure BDA0002224880070000093
为已知值，因此，对应的初级搜索区间依次为：和
Figure BDA0002224880070000095
根据预设步进长度，依次在上述三个搜索区间内进行搜索，每确定一组参数，即可计算出对应的初级相位激励。
步骤S42，选取与预设目标指标最接近的初级相位激励，并将选取出的初级相位激励对应的初级估计参数作为次级参数
Figure BDA0002224880070000096
步骤S43，次级缩放因子k2＝0.2、步进比值因子K＝1.05和次级参数
Figure BDA0002224880070000097
计算次级搜索区间，并根据预设步进长度，在次级搜索区间内，搜索次级估计参数，并计算对应的次级相位激励，其中，次级搜索区间依次为：
Figure BDA0002224880070000098
Figure BDA00022248800700000910
具体的，次级缩放因子k2＝0.2、步进比值因子K＝1.05，因此，对应的次级搜索区间依次为：
Figure BDA00022248800700000911
和
Figure BDA00022248800700000912
根据预设步进长度，依次在上述三个搜索区间内进行搜索，每确定一组参数，即可计算出对应的次级相位激励。
步骤S44，选取与预设目标指标最接近的次级相位激励，并根据预设运算次数，判断次级相位激励是否为最优解，若是最优解，则将该次级相位激励作为修订待优化方向图的相位激励，若否，选取次级相位激励对应的次级估计参数，修订次级参数，重新执行步骤S43。
具体的，采用迭代算法，计算阵列天线的相位激励。得到次级相位激励之后，根据预设目标指标，选取与其最接近的次级相位激励，若还需要进行下一次迭代运算，即此时得到的次级相位激励不是最优解，则选取该次级相位激励对应的次级估计参数，对次级参数进行修订，重新计算次级搜索空间，以及对应的次级相位激励。
若无需进行下一次迭代运算，即完成了与预设运算次数相同的迭代运算，则可以判定此时得到的次级相位激励为最优解，则将该次级相位激励作为修订待优化方向图的相位激励。
在得出相位激励和通用幅度分布之后，即可采用现有方法，确定阵列天线的波束展宽，以便于对阵列天线进行全空域辐射特性进行约束，优化阵列天线雷达成像特性。
以运算量和搜索精度对此算法进行评估，此算法第一阶段共进行3375次运算，第二阶段共进行1000次运算，总运算次数4375次，搜索精度为0.003ai,0.003bi和0.003ci，基本覆盖全域。特别需要说明的是，由于第i+1组待优化方向图的求解基于第i组方向图的求解结果，因此，上文所述的ai、bi、ci，在第i+1组方向图的优化中可认为是常数。
以基于遗传算法的快速搜索算法引擎为参照，设定优化方向图的种群数为200，进化代数为80，使用遗传算法的运算次数为16000，远大于本算法的运算次数。说明，该算法在变量较少时较遗传算法在运算次数方面具有明显的优势，以本实施例为例，使用本优化方法的计算量仅对对应遗传算法计算量的27.3％，求解时间大幅度降低。
如图3所示，由左至右依次为优化后的前10个最大波束宽度方向图，从图中可以看出，该优化算法得到的各方向图均具有接近的波束特性，适合在孔径雷达固定模式的多个连续性的方向图优化中使用。
实施例二：
本实施例提供一种雷达成像系统，雷达成像系统设置有阵列天线，雷达成像系统采用如上述实施例一中任一项的基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，确定阵列天线发射信号的波束展宽，并根据接收到的反射信号进行雷达成像。
采用本实施例中的雷达成像系统，一方面实现对阵列天线进行全空域辐射特性进行约束，另一方面，优化阵列天线雷达成像特性。
而且，由于采用了实施例一中的基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，还能够简化阵列天线展宽波束对应阵元激励的求解过程，提高方向图的优化效率，使得各波束宽度接近的优化方向图之间，具有连续性的波束特性，适用于孔径合成雷达固定模式的方向图优化。
以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，包括：步骤S1，计算待优化方向图中待优化方向图的展宽倍数，并根据展宽倍数将待优化方向图进行排序；步骤S2，计算相邻两个待优化方向图之间展宽倍数的比值，当判定该比值大于或等于约束阈值时，根据预设目标指标，在相邻的两个待优化方向图之间，插入虚拟待优化方向图，记作修订待优化方向图；步骤S3，根据泰勒函数，计算修订待优化方向图组的通用幅度分布；步骤S4，根据相位激励计算公式，采用分段式搜索算法，计算修订待优化方向图的相位激励，并根据所述通用幅度分布和所述相位激励，确定阵列天线的波束展宽。通过本申请中的技术方案，解决阵列天线中快速波束展宽的需求。
本申请中的步骤可根据实际需求进行顺序调整、合并和删减。
本申请装置中的单元可根据实际需求进行合并、划分和删减。
尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (7)

1.一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，其特征在于，所述波束展宽算法适用于阵列天线的波束展宽确定，该算法包括：
步骤S1，计算所述待优化方向图中待优化方向图的展宽倍数，并根据所述展宽倍数，将所述待优化方向图进行排序；
步骤S2，计算相邻两个待优化方向图之间所述展宽倍数的比值，当判定所述比值大于或等于约束阈值时，根据预设目标指标，在所述相邻的两个待优化方向图之间，插入虚拟待优化方向图，记作修订待优化方向图，其中，所述预设目标指标包括优化方向图和所述待优化方向图之间的波束指向差、波速宽度差、方向图方向性系数中的至少一种；
步骤S3，根据泰勒函数，计算所述修订待优化方向图组的通用幅度分布；
步骤S4，根据相位激励计算公式，采用分段式搜索算法，计算所述修订待优化方向图的相位激励，并根据所述通用幅度分布和所述相位激励，确定阵列天线的波束展宽，其中，所述相位激励计算公式为：
Phase(xi)＝aixi 6+bixi 4+cixi 2
式中，i为待优化方向图的个数，i＝1,2,…,N，xi为第i个待优化方向图的位移，ai、bi、ci为方向图参数，Phase(xi)为相位激励。
2.如权利要求1所述的基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，其特征在于，其特征在于，插入虚拟待优化方向图，具体包括：
步骤S21，当判定相邻的第i个和第i+1个待优化方向图之间展宽倍数的所述比值大于或等于所述约束阈值R时，根据所述第i+1个待优化方向图，生成所述虚拟待优化方向图，将第i+1个待优化方向图记作第i+2个待优化方向图，将所述虚拟待优化方向图记作第i+1个待优化方向图；
步骤S22，重新计算第i个和第i+1个待优化方向图之间展宽倍数的所述比值，并判断所述比值是否小于所述约束阈值，若是，执行步骤S3，若否，重新执行步骤S21。
3.如权利要求1所述的基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，其特征在于，分段式搜索算法，包括：
步骤S41，根据初级缩放因子、步进比值因子和初始参数
Figure FDA0002224880060000021
Figure FDA0002224880060000022
计算初级搜索区间，并根据预设步进长度，在所述初级搜索区间内，搜索初级估计参数，并计算对应初级相位激励；
步骤S42，选取与所述预设目标指标最接近的初级相位激励，并将选取出的所述初级相位激励对应的初级估计参数，作为次级参数
Figure FDA0002224880060000024
步骤S43，次级缩放因子、所述步进比值因子和所述次级参数
Figure FDA0002224880060000025
Figure FDA0002224880060000026
计算次级搜索区间，并根据所述预设步进长度，在所述次级搜索区间内，搜索次级估计参数，并计算对应的次级相位激励；
步骤S44，选取与所述预设目标指标最接近的次级相位激励，并根据预设运算次数，判断所述次级相位激励是否为最优解，若是最优解，则将所述次级相位激励作为所述修订待优化方向图的所述相位激励，若否，选取次级相位激励对应的次级估计参数，修订次级参数，重新执行步骤S43。
4.如权利要求1所述的基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，其特征在于，步骤S1中，还包括：
根据预设修订系数，对所述展宽倍数进行修订，其中，所述预设修订系数为1/cosθ，θ为所述待优化方向图的波束指向。
5.如权利要求1和2中任一项所述的基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，其特征在于，所述约束阈值的取值范围为1.0至1.2。
6.如权利要求1和2中任一项所述的基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，其特征在于，所述虚拟待优化方向图与所述第i+1个待优化方向图相同、且所述虚拟待优化方向图的波束宽度为所述第i+1个待优化方向图的波束宽度的倍数，所述倍数与所述约束阈值取值相同。
7.一种雷达成像系统，所述雷达成像系统设置有阵列天线，其特征在于，所述雷达成像系统采用如权利要求1至6中任一项所述的基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法，确定所述阵列天线发射信号的波束展宽，并根据接收到的反射信号进行雷达成像。
CN201910948819.3A 2019-10-08 2019-10-08 一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法 Active CN110808766B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910948819.3A CN110808766B (zh) 2019-10-08 2019-10-08 一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910948819.3A CN110808766B (zh) 2019-10-08 2019-10-08 一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110808766A true CN110808766A (zh) 2020-02-18
CN110808766B CN110808766B (zh) 2022-11-04

Family

ID=69488131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910948819.3A Active CN110808766B (zh) 2019-10-08 2019-10-08 一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110808766B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104103910A (zh) * 2014-05-26 2014-10-15 西安空间无线电技术研究所 一种单口径多波束天线的优化设计方法
CN104615854A (zh) * 2015-01-05 2015-05-13 电子科技大学 一种基于稀疏约束的波束展宽和旁瓣抑制方法
CN107329003A (zh) * 2017-06-30 2017-11-07 上海卫星工程研究所 优化sar天线方向图测试的方法
CN109635240A (zh) * 2018-12-13 2019-04-16 南京理工大学 大规模数字阵列零陷展宽自适应波束形成方法
CN110277645A (zh) * 2019-03-18 2019-09-24 西安天伟电子系统工程有限公司 天线波束宽度的控制方法、装置、设备和存储介质

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104103910A (zh) * 2014-05-26 2014-10-15 西安空间无线电技术研究所 一种单口径多波束天线的优化设计方法
CN104615854A (zh) * 2015-01-05 2015-05-13 电子科技大学 一种基于稀疏约束的波束展宽和旁瓣抑制方法
CN107329003A (zh) * 2017-06-30 2017-11-07 上海卫星工程研究所 优化sar天线方向图测试的方法
CN109635240A (zh) * 2018-12-13 2019-04-16 南京理工大学 大规模数字阵列零陷展宽自适应波束形成方法
CN110277645A (zh) * 2019-03-18 2019-09-24 西安天伟电子系统工程有限公司 天线波束宽度的控制方法、装置、设备和存储介质

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙红兵等: "基于差分进化算法的阵列天线二维波束展宽研究", 《现代雷达》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110808766B (zh) 2022-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1221058B1 (en) Registration method for multiple sensor radar
CN108710103B (zh) 基于稀疏阵列的强弱多目标超分辨测向与信源数估计方法
CN108920767A (zh) 余割平方和合成相位双约束波瓣阵列天线优化设计方法
CN108445457B (zh) 星载分布式干涉合成孔径雷达三维基线定标的方法
CN112596022B (zh) 低轨星载多波束正六边形相控阵天线的波达角估计方法
CN116430303A (zh) 宽带平面阵列多波束形成方法及比幅测角方法
Cano-Fácila et al. Reduction of truncation errors in planar, cylindrical, and partial spherical near-field antenna measurements
CN110808766B (zh) 一种基于继承性准全域分段搜索的波束展宽算法
CN109541557B (zh) 一种雷达天线保护通道生成方法
CN111123250B (zh) 基于模式搜索算法的脉冲多普勒雷达和波束形成方法
Kantor et al. Prior mismatch in Bayesian direction of arrival estimation for sparse arrays
US9964640B2 (en) Method for phase unwrapping using confidence-based rework
RU2392634C1 (ru) Способ определения направлений на источники излучения и углового разрешения источников
CN113820653B (zh) 基于动态和差波束的米波雷达低仰角目标doa估计方法
KR102557459B1 (ko) 다중경로 환경에서 레이더의 표적 고각 측정 방법 및 장치
JPH10270930A (ja) 曲面アレイのアンテナパターン合成法
CN113721236A (zh) 基于发射方向图的集中式mimo雷达系统功率分配方法
Chen et al. Space-time adaptive monopulse based on space-time uniform constraint
KR101400460B1 (ko) 다중 빔 안테나를 위한 급전 소자의 개수 결정 방법 및 장치
CN111708015A (zh) 一种多径效应下的低空目标跟踪滤波方法
CN113899956B (zh) 一种相控阵天线阵元校准及方向图录取方法
RU2755801C1 (ru) Способ определения азимута цели с помощью линейно-аппроксимированной пеленгационной характеристики
Kim et al. A closed-form expression for a maximum likelihood estimation-based monopulse ratio curve
US11994603B1 (en) Method of sparse array oriented approach for DOA estimation of grating lobe target filtering
Liu et al. Research on a forward‐looking scanning imaging algorithm for a high‐speed radar platform

Legal Events

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