CN112632753A - 宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法及装置 - Google Patents

宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法及装置 Download PDF

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CN112632753A CN202011391286.2A CN202011391286A CN112632753A CN 112632753 A CN112632753 A CN 112632753A CN 202011391286 A CN202011391286 A CN 202011391286A CN 112632753 A CN112632753 A CN 112632753A
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Abstract

本申请实施例提供了一种宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法及装置。该方法，包括以下步骤：在宽带工作的频率范围内，用均匀间隔的虚拟天线阵列拟合非均匀间隔的目标天线阵列，并基于所述虚拟天线阵列建立连续的第一空时谱；基于该第一空时谱获取适用快速傅里叶变换的第二空时谱；对所述第二空时谱进行初始化设置，并设定优化目标以及最大迭代次数；根据所述优化目标以及最大迭代次数对所述第二空时谱进行整形优化迭代，得到目标空时谱。

Description

宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法及装置
技术领域
本申请涉及天线技术领域，具体而言，涉及一种宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法及装置。
背景技术
宽带阵列天线已广泛用于各种领域中，例如通信、声纳、雷达和成像系统。其中，具有非频变方向图的宽带阵列天线，由于能够接收感兴趣的宽带信号而不会产生波形失真，因此近年来受到越来越多的关注。
目前，已经提出了许多技术用于宽带非频变阵列天线方向图综合，例如：凸优化方法、傅里叶变换方法和多速率处理。这些技术应用于均匀间隔的阵列，一般以最高频率对应波长的一半为阵元间隔。因此，宽带非频变阵列通常需要相当多的天线阵元，这也增加了整个硬件系统的复杂度和成本。
目前，可以使用非均匀的阵元位置以减少所需的阵元数量，进而减少整个硬件系统的复杂度和成本。在此基础上，为了提高计算效率，已经提出了基于非均匀快速傅里叶变换的多种技术用于非均匀间隔阵列天线方向图综合。这些技术可以保留快速傅里叶变换的高效性，但仅用于单个频率或窄带。
另一方面，对于宽带非频变领域，现有部分用于非均匀间隔阵列的技术。例如，一些技术中提出的方法采用了非均匀间隔阵列的渐近理论，该理论可以设计具有不变主瓣形状的超宽带方向图，但不能很好地控制副瓣电平。除此之外，现有技术中的方案常常存在耗时较大，效率较低的缺陷。一些技术中的方法需要给出参考的场方向图，提升了准备工作的难度。
针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法及装置，可以提高效率，降低耗时。
第一方面，本申请实施例提供了一种宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法，包括以下步骤：
在宽带工作的频率范围内，用均匀间隔的虚拟天线阵列拟合非均匀间隔的目标天线阵列，并基于所述虚拟天线阵列建立连续的第一空时谱；
基于该第一空时谱获取适用快速傅里叶变换的第二空时谱；
对所述第二空时谱进行初始化设置，并设定优化目标以及最大迭代次数；
根据所述优化目标以及最大迭代次数对所述第二空时谱进行整形优化迭代，得到目标空时谱。
可选地，在本申请实施例所述的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法中，所述在宽带工作的频率范围内，用均匀间隔的虚拟天线阵列拟合非均匀间隔的目标天线阵列，并基于所述虚拟天线阵列建立连续的第一空时谱，包括以下步骤：
获取所述阵列天线的阵元数目、阵元位置、工作的频率范围、阵元所接的有限长数字滤波器的长度，并将阵元位置分解为阵元至第一个阵元的距离与第一个阵元的位置之和，改写每个阵元端接有限长数字滤波器的宽带阵列天线的远场方向图；
在宽带工作的频率范围内，设定用于拟合一个实际阵元所需的虚拟阵元数目，并设定虚拟阵元间距，计算出虚拟阵元的总数目；
引入虚拟天线阵列的滤波器系数和归一化空间角频率ζ＝2πfd sinθ/c，其中d为虚拟阵元间距，频率f∈[fL，fU]，fL为工作频率范围的最低频率，fU为工作频率范围的最高频率，θ是从阵列宽边测量的波传播方向，c是介质中的波传播速度；
对ζ均匀采样，并使用最小化均方误差法，得到目标天线阵列滤波器系数与虚拟天线阵列滤波器系数之间的计算关系；
结合目标天线阵列天线和虚拟天线阵列天线的计算关系，将基于目标天线阵列的远场方向图改写为基于虚拟天线阵列的宽带方向图；
引入归一化时间角频率η＝2πfTs，其中Ts是时间采样间隔，通过代换ζ和η，将基于虚拟天线阵列天线的宽带方向图改写为基于虚拟天线阵列天线建立连续的第一空时谱。
可选地，在本申请实施例所述的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法中，所述基于该第一空时谱获取适用快速傅里叶变换的第二空时谱，包括：
根据虚拟阵元总数目及有限长数字滤波器长度，获取对应的二维快速傅里叶变换点数K×M，其中，
Figure RE-GDA0002904042910000031
L为有限长数字滤波器长度，
Figure RE-GDA0002904042910000032
为虚拟阵元总数目；
对所述第一空时谱的空时域进行拓展及采样，获得适用二维快速傅里叶变换的第二空时谱。
可选地，在本申请实施例所述的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法中，η在区间[2πfLTs，2πfUTs]内，ζ在区间[-2πfd/c，2πfd/c]内。
可选地，在本申请实施例所述的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法中，根据所述优化目标以及最大迭代次数对所述第二空时谱进行整形优化迭代，得到目标空时谱，包括：
S111、使用空时谱主瓣整形技术、空时谱副瓣整形技术以及空时谱陷波整形技术对所述第二空时谱中不符合优化目标的值进行优化，得到第三空时谱；
S112、对所述第三空时谱进行二维快速傅里叶逆变换，并截断为预设大小的虚拟天线阵列的滤波器系数矩阵；
S113、根据所述目标天线阵列和虚拟天线阵列的计算关系及所述虚拟天线阵列的滤波器系数矩阵，计算出目标天线阵列的第一滤波器系数矩阵；
S114、根据所述目标天线阵列和虚拟天线阵列的计算关系及所述目标天线阵列的第一滤波器系数矩阵，计算出虚拟天线阵列的第二滤波器系数矩阵；
S115、对所述第二滤波器系数矩阵进行补零，并进行二维快速傅里叶变换，得到第四空时谱；
S116、判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数或判断所述第四空时谱是否满足所述优化目标；
S117、若满足所述任一条件，则将所述第四空时谱设置为目标空时谱。
可选地，在本申请实施例所述的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法中，根据所述优化目标以及最大迭代次数对所述第二空时谱进行整形优化迭代，得到目标空时谱，还包括：
S118、若所述条件都不满足，则对迭代次数进行更新，并将所述第四空时谱设置为新的第二空时谱后返回至步骤S111。
第二方面，本申请实施例还提供了一种宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合装置，包括：
建立模块，用于在宽带工作的频率范围内，用均匀间隔的虚拟天线阵列拟合非均匀间隔的目标天线阵列，并基于所述虚拟天线阵列建立连续的第一空时谱；
第一获取模块，用于基于该第一空时谱获取适用快速傅里叶变换的第二空时谱；
初始化模块，用于对所述第二空时谱进行初始化设置，并设定优化目标以及最大迭代次数；
优化模块，用于根据所述优化目标以及最大迭代次数对所述第二空时谱进行整形优化迭代，得到目标空时谱。
可选地，在本申请实施例所述的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合装置中，所述建立模块用于：
获取所述阵列天线的阵元数目、阵元位置、工作的频率范围、阵元所接的有限长数字滤波器的长度，并将阵元位置分解为阵元至第一个阵元的距离与第一个阵元的位置之和，改写每个阵元端接有限长数字滤波器的宽带阵列天线的远场方向图；
在宽带工作的频率范围内，设定用于拟合一个实际阵元所需的虚拟阵元数目，并设定虚拟阵元间距，计算出虚拟阵元的总数目；
引入虚拟天线阵列的滤波器系数和归一化空间角频率ζ＝2πfd sinθ/c，其中d为虚拟阵元间距，频率f∈[fL，fU]，fL为工作频率范围的最低频率，fU为工作频率范围的最高频率，θ是从阵列宽边测量的波传播方向，c是介质中的波传播速度；
对ζ均匀采样，并使用最小化均方误差法，得到目标天线阵列滤波器系数与虚拟天线阵列滤波器系数之间的计算关系；
结合目标天线阵列天线和虚拟天线阵列天线的计算关系，将基于目标天线阵列的远场方向图改写为基于虚拟天线阵列的宽带方向图；
引入归一化时间角频率η＝2πfTs，其中Ts是时间采样间隔，通过代换ζ和η，将基于虚拟天线阵列天线的宽带方向图改写为基于虚拟天线阵列天线建立连续的第一空时谱。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如上述第一方面提供的所述方法中的步骤。
第四方面，本申请实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如上述第一方面提供的所述方法中的步骤。
本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法的一种流程图；
图2为本申请的空时谱及其可见空间示例；
图3为本申请实施例的阵元位置示意；
图4为本申请实施例的初始空时谱示例；
图5为本申请实施例的宽带非频变阵列三维方向图；
图6为本申请的图5在f＝4Ghz处截面图；
图7为本申请实施例提供的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合装置的一种结构图；
图8为本申请实施例提供的电子设备的一种结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1，图1是本申请一些实施例中的一种宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法的流程图。其中，该方法包括以下步骤：
S101、在宽带工作的频率范围内，用均匀间隔的虚拟天线阵列拟合非均匀间隔的目标天线阵列，基于虚拟天线阵列建立连续的第一空时谱。
S102、基于该第一空时谱获取适用快速傅里叶变换的第二空时谱。
S103、对所述第二空时谱进行初始化设置，并设定优化目标以及最大迭代次数。
S104、根据所述优化目标以及最大迭代次数对所述第二空时谱进行整形优化迭代，得到目标空时谱。
其中，在该步骤S101中，该步骤S101包括：S1011、获取所述阵列天线的阵元数目、阵元位置、工作的频率范围、阵元所接的有限长数字滤波器的长度，并将阵元位置分解为阵元至第一个阵元的距离与第一个阵元的位置之和，改写每个阵元端接有限长数字滤波器的宽带阵列天线的远场方向图。
S1012、在宽带工作的频率范围内，设定用于拟合一个实际阵元所需的虚拟阵元数目，并设定虚拟阵元间距，计算出虚拟阵元的总数目。
S1013、引入虚拟天线阵列的滤波器系数和归一化空间角频率ζ＝2πfd sinθ/c，其中d为虚拟阵元间距，频率f∈[fL，fU]，fL为工作频率范围的最低频率，fU为工作频率范围的最高频率，θ是从阵列宽边测量的波传播方向，c是介质中的波传播速度。
S1014、对ζ均匀采样，并使用最小化均方误差法，得到目标天线阵列滤波器系数与虚拟天线阵列滤波器系数之间的计算关系。
S1015、结合目标天线阵列天线和虚拟天线阵列天线的计算关系，将基于目标天线阵列的远场方向图改写为基于虚拟天线阵列的宽带方向图。
S1016、引入归一化时间角频率η＝2πfTs，其中Ts是时间采样间隔，通过代换ζ和η，将基于虚拟天线阵列天线的宽带方向图改写为基于虚拟天线阵列天线建立连续的第一空时谱。其中，η在区间[2πfLTs，2πfUTs]内，ζ在区间 [-2πfd/c，2πfd/c]内。
其中，具体实现如下：
a1、非均匀间隔分布的线性阵列由x轴上的N个各向同性阵元组成。阵元位置标记为x＝[x0，x1，...，xN-1]T，每个阵元都连接长度为L的有限长数字滤波器。记
Figure RE-GDA0002904042910000082
为第n个阵元xn至x0的距离，则有
Figure RE-GDA0002904042910000083
则可改写宽带阵列天线远场方向图为
Figure RE-GDA0002904042910000081
其中n＝0，1，2，…，N-1，l＝0，1，2，…，L-1，频率f∈[fL，fU]，fL为工作频率范围的最低频率，fU为工作频率范围的最高频率，θ是从阵列宽边测量的波传播方向，hl，n是第n个阵元的第l阶滤波器系数，c是介质中的波传播速度， Ts是时间采样间隔。
a2、将每个实际阵元考虑为一组虚拟阵元的近似合成，每一组虚拟阵元的数目为Q，Q通常取奇数正整数。r是用于控制虚拟阵元间距d的参数，虚拟阵元间距d＝(xN-1-x0)/(rN-1)，通常设置虚拟阵元间距d≤0.5λU，其中λU＝c/fU为工作频率范围最高频率对应的波长。对于a1中改写的宽带阵列天线远场方向图有：
Figure RE-GDA0002904042910000091
其中[z]表示最接近x的整数，an，q是第n个实际阵元对应的一组虚拟阵元中的第q个虚拟阵元的拟合系数。引入辅助变量ζ＝2πfd sinθ/c，将ζ命名为归一化空间角频率。可知ζ在区间[-2πfd/c，2πfd/c]内，对ζ∈[-2πfUd/c，2πfUd/c] 进行均匀采样，采样点数为Y。在此基础上，使用最小化均方误差法，可以最小化以下目标函数得到an，q，
Figure RE-GDA0002904042910000092
其中：
Figure RE-GDA0002904042910000093
Figure RE-GDA0002904042910000094
Figure RE-GDA0002904042910000095
由下式可获得最小均方误差解：
Figure RE-GDA0002904042910000096
标号H表示矩阵的共轭转置。设置实际阵列的滤波器系数矩阵为：
Figure RE-GDA0002904042910000097
引入虚拟阵列的滤波器系数概念。每一阶滤波器系数的拟合可以是独立的。即，将每个实际阵元考虑为一组虚拟阵元的近似合成时，一个实际阵元每一阶滤波器系数也可看作同一阶的一组虚拟阵元的滤波器系数的近似合成。设置虚拟阵列的滤波器系数矩阵为：
Figure RE-GDA0002904042910000098
Figure RE-GDA0002904042910000101
表示第
Figure RE-GDA0002904042910000102
个虚拟阵元的第l阶滤波器系数，
Figure RE-GDA0002904042910000103
Figure RE-GDA0002904042910000104
为虚拟阵元的总数目。矩阵h和矩阵v有以下关系：
v＝Ah；
h＝(AHA)-1AHv。
其中，矩阵A即为插值矩阵，矩阵(AHA)-1AH为反插值矩阵。其中A是一个稀疏矩阵，其第
Figure RE-GDA0002904042910000105
个元素为：
Figure RE-GDA0002904042910000106
a3、通过拟合，对a1中改写的宽带阵列天线的远场方向图代换可得到：
Figure RE-GDA0002904042910000107
a4、提出另一个辅助变量η＝2πfTs，将η命名为归一化时间角频率。对 (a3)得到的公式，代换两个辅助变量，得到：
Figure RE-GDA0002904042910000108
其中，
Figure RE-GDA0002904042910000109
即为第一空时谱。
同时，当f＝η/2πTs且
Figure RE-GDA00029040429100001010
时，
Figure RE-GDA00029040429100001011
其中，当然，也可以采用其他现有的算法来建立该第一空时谱。
其中，在该步骤S102中，可以根据虚拟阵元总数目及有限长数字滤波器长度，获取对应的二维快速傅里叶变换点数K×M，其中，
Figure RE-GDA00029040429100001013
L为有限长数字滤波器长度，
Figure RE-GDA00029040429100001012
为虚拟阵元总数目；对所述第一空时谱的空时域进行拓展及采样，获得适用二维快速傅里叶变换的第二空时谱。
其中，该η在区间[2πfLTs，2πfUTs]内(1/Ts≥2fU)，ζ在区间[-2πfd/c，2πfd/c] 内。将(η，ζ)空间扩展为[ηmin，ηmin+2π]×[-π，π]，其中ηmin＝2πfLTs。对η采样，ηk＝ηmin+2πk/K，其中k＝0，…K-1，对ζ采样，ξm＝-π+2πm/M，其中m＝0，…M-1。可以由
Figure RE-GDA0002904042910000111
求得可见空间(如图2所示)。经过拓展和采样后，可以得到：
Figure RE-GDA0002904042910000112
其中，在该步骤S103中，根据宽带非频变的技术指标要求，确定非频变方向图综合的优化目标，其中优化目标可包括主瓣区域、副瓣区域、副瓣阈值、陷波角度区域、陷波频率范围及陷波阈值；设置最大迭代次数，设置点数K×M的初始空时谱。按本文中的定义，
Figure RE-GDA0002904042910000113
应说明为“第二空时谱”。
Figure RE-GDA0002904042910000114
即为第二空时谱。该式
Figure RE-GDA0002904042910000115
具有二维傅里叶变换关系。
其中，在该步骤S104中，通过不断进行迭代优化，直至迭代次数达到最大迭代次数或者达到最终的优化目标。
在一些实施例中，该步骤S104可以包括以下子步骤：S111、使用空时谱主瓣整形技术、空时谱副瓣整形技术以及空时谱陷波整形技术对所述第二空时谱中不符合优化目标的值进行优化，得到第三空时谱；S112、对所述第三空时谱进行二维快速傅里叶逆变换，并截断为预设大小的虚拟天线阵列的滤波器系数矩阵；S113、根据所述目标天线阵列和虚拟天线阵列的计算关系及所述虚拟天线阵列的滤波器系数矩阵，计算出目标天线阵列的第一滤波器系数矩阵；S114、根据所述目标天线阵列和虚拟天线阵列的计算关系及所述目标天线阵列的第一滤波器系数矩阵，计算出虚拟天线阵列的第二滤波器系数矩阵；S115、对所述第二滤波器系数矩阵进行补零，并进行二维快速傅里叶变换，得到第四空时谱；S116、判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数或判断所述第四空时谱是否满足所述优化目标；S117、若满足所述任一条件，则将所述第四空时谱设置为目标空时谱。S118、若所述条件都不满足，则对迭代次数进行更新，并将所述第四空时谱设置为新的第二空时谱后返回至步骤S111。
具体仿真实施例：
在这个仿真实例中，设置工作频率范围为[4，10]Ghz，阵元数目为N＝32，阵元位置如图3，每个阵元连接长度为L＝32的滤波器。设置主瓣区域 |ΘML|≤7°、副瓣区域|ΘSL|≥7°、第一个陷波角度区域
Figure RE-GDA0002904042910000121
以及第二个陷波角度区域
Figure RE-GDA0002904042910000122
设置第一个陷波频率范围[4，10]Ghz，第二个陷波频率范围[6，8]Ghz。以dB形式，设置副瓣阈值ΓSL＝-16dB、第一个陷波阈值ΓNotch1＝-40dB以及第二个陷波阈值ΓNotch2＝-45dB。设置一组虚拟阵元的拟合数目Q＝15，虚拟阵元的间距d＝0.25λU，设置二维快速傅里叶变换点数为64×512，设置最大迭代次数Qiter＝3000。图4为初始化设置的第二空时谱
Figure RE-GDA0002904042910000123
图5为该实施例生成的三维方向图，图6 为图5在f＝4Ghz处截面图。由图6可见，该发明中提出的方法可以控制副瓣电平大小并且可以设置陷波，且保持主瓣区域良好的非频变性能。在搭载AMD CPU Ryzen5 3550H@2.10GHz的计算机上，该仿真实例仅用时 57.08秒，保留了快速傅里叶变换算法的计算效率。
请参照图7所示，本申请实施例还提供了一种宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合装置，包括：
建立模块201，用于在宽带工作的频率范围内，用均匀间隔的虚拟天线阵列拟合非均匀间隔的目标天线阵列，并基于所述虚拟天线阵列建立连续的第一空时谱；第一获取模块202，用于基于该第一空时谱获取适用快速傅里叶变换的第二空时谱；初始化模块203，用于对所述第二空时谱进行初始化设置，并设定优化目标以及最大迭代次数；优化模块204，用于根据所述优化目标以及最大迭代次数对所述第二空时谱进行整形优化迭代，得到目标空时谱。
其中，该建立模块201具体用于：获取所述阵列天线的阵元数目、阵元位置、工作的频率范围、阵元所接的有限长数字滤波器的长度，并将阵元位置分解为阵元至第一个阵元的距离与第一个阵元的位置之和，改写每个阵元端接有限长数字滤波器的宽带阵列天线的远场方向图；在宽带工作的频率范围内，设定用于拟合一个实际阵元所需的虚拟阵元数目，并设定虚拟阵元间距，计算出虚拟阵元的总数目；引入虚拟天线阵列的滤波器系数和归一化空间角频率ζ＝2πfdsinθ/c，其中d为虚拟阵元间距，频率 f∈[fL，fU]，fL为工作频率范围的最低频率，fU为工作频率范围的最高频率，θ是从阵列宽边测量的波传播方向，c是介质中的波传播速度；对ζ均匀采样，并使用最小化均方误差法，得到目标天线阵列滤波器系数与虚拟天线阵列滤波器系数之间的计算关系；结合目标天线阵列天线和虚拟天线阵列天线的计算关系，将基于目标天线阵列的远场方向图改写为基于虚拟天线阵列的宽带方向图；引入归一化时间角频率η＝2πfTs，其中Ts是时间采样间隔，通过代换ζ和η，将基于虚拟天线阵列天线的宽带方向图改写为基于虚拟天线阵列天线建立连续的第一空时谱。
请参照图8，图8为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，本申请提供一种电子设备3，包括：处理器301和存储器302，处理器301 和存储器302通过通信总线303和/或其他形式的连接机构(未标出)互连并相互通讯，存储器302存储有处理器301可执行的计算机程序，当计算设备运行时，处理器301执行该计算机程序，以执行时执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法。
本申请实施例提供一种存储介质，所述计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法。其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(Static Random AccessMemory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory，简称 EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable ProgrammableRead Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Red-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法，其特征在于，包括以下步骤：
在宽带工作的频率范围内，用均匀间隔的虚拟天线阵列拟合非均匀间隔的目标天线阵列，并基于所述虚拟天线阵列建立连续的第一空时谱；
基于该第一空时谱获取适用快速傅里叶变换的第二空时谱；
对所述第二空时谱进行初始化设置，并设定优化目标以及最大迭代次数；
根据所述优化目标以及最大迭代次数对所述第二空时谱进行整形优化迭代，得到目标空时谱。
2.根据权利要求1所述的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法，其特征在于，所述在宽带工作的频率范围内，用均匀间隔的虚拟天线阵列拟合非均匀间隔的目标天线阵列，并基于所述虚拟天线阵列建立连续的第一空时谱，包括以下步骤：
获取所述阵列天线的阵元数目、阵元位置、工作的频率范围、阵元所接的有限长数字滤波器的长度，并将阵元位置分解为阵元至第一个阵元的距离与第一个阵元的位置之和，改写每个阵元端接有限长数字滤波器的宽带阵列天线的远场方向图；
在宽带工作的频率范围内，设定用于拟合一个实际阵元所需的虚拟阵元数目，并设定虚拟阵元间距，计算出虚拟阵元的总数目；
引入虚拟天线阵列的滤波器系数和归一化空间角频率ζ＝2πfd sinθ/c，其中d为虚拟阵元间距，频率f∈[fL，fU]，fL为工作频率范围的最低频率，fU为工作频率范围的最高频率，θ是从阵列宽边测量的波传播方向，c是介质中的波传播速度；
对ζ均匀采样，并使用最小化均方误差法，得到目标天线阵列滤波器系数与虚拟天线阵列滤波器系数之间的计算关系；
结合目标天线阵列天线和虚拟天线阵列天线的计算关系，将基于目标天线阵列的远场方向图改写为基于虚拟天线阵列的宽带方向图；
引入归一化时间角频率η＝2πfTs，其中Ts是时间采样间隔，通过代换ζ和η，将基于虚拟天线阵列天线的宽带方向图改写为基于虚拟天线阵列天线建立连续的第一空时谱。
3.根据权利要求2所述的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法，其特征在于，所述基于该第一空时谱获取适用快速傅里叶变换的第二空时谱，包括：
根据虚拟阵元总数目及有限长数字滤波器长度，获取对应的二维快速傅里叶变换点数K×M，其中，
Figure FDA0002810523710000021
L为有限长数字滤波器长度，
Figure FDA0002810523710000022
为虚拟阵元总数目；
对所述第一空时谱的空时域进行拓展及采样，获得适用二维快速傅里叶变换的第二空时谱。
4.根据权利要求2所述的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法，其特征在于，η在区间[2πfLTs，2πfUTs]内，ζ在区间[-2πfd/c，2πfd/c]内。
5.根据权利要求2所述的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法，其特征在于，根据所述优化目标以及最大迭代次数对所述第二空时谱进行整形优化迭代，得到目标空时谱，包括：
S111、使用空时谱主瓣整形技术、空时谱副瓣整形技术以及空时谱陷波整形技术对所述第二空时谱中不符合优化目标的值进行优化，得到第三空时谱；
S112、对所述第三空时谱进行二维快速傅里叶逆变换，并截断为预设大小的虚拟天线阵列的滤波器系数矩阵；
S113、根据所述目标天线阵列和虚拟天线阵列的计算关系及所述虚拟天线阵列的滤波器系数矩阵，计算出目标天线阵列的第一滤波器系数矩阵；
S114、根据所述目标天线阵列和虚拟天线阵列的计算关系及所述目标天线阵列的第一滤波器系数矩阵，计算出虚拟天线阵列的第二滤波器系数矩阵；
S115、对所述第二滤波器系数矩阵进行补零，并进行二维快速傅里叶变换，得到第四空时谱；
S116、判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数或判断所述第四空时谱是否满足所述优化目标；
S117、若满足所述任一条件，则将所述第四空时谱设置为目标空时谱。
6.根据权利要求5所述的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法，其特征在于，根据所述优化目标以及最大迭代次数对所述第二空时谱进行整形优化迭代，得到目标空时谱，还包括：
S118、若所述条件都不满足，则对迭代次数进行更新，并将所述第四空时谱设置为新的第二空时谱后返回至步骤S111。
7.一种宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于在宽带工作的频率范围内，用均匀间隔的虚拟天线阵列拟合非均匀间隔的目标天线阵列，并基于所述虚拟天线阵列建立连续的第一空时谱；
第一获取模块，用于基于该第一空时谱获取适用快速傅里叶变换的第二空时谱；
初始化模块，用于对所述第二空时谱进行初始化设置，并设定优化目标以及最大迭代次数；
优化模块，用于根据所述优化目标以及最大迭代次数对所述第二空时谱进行整形优化迭代，得到目标空时谱。
8.根据权利要求5所述的宽带非频变的非均匀间隔阵列天线方向图综合方法，其特征在于，所述建立模块用于：
获取所述阵列天线的阵元数目、阵元位置、工作的频率范围、阵元所接的有限长数字滤波器的长度，并将阵元位置分解为阵元至第一个阵元的距离与第一个阵元的位置之和，改写每个阵元端接有限长数字滤波器的宽带阵列天线的远场方向图；
在宽带工作的频率范围内，设定用于拟合一个实际阵元所需的虚拟阵元数目，并设定虚拟阵元间距，计算出虚拟阵元的总数目；
引入虚拟天线阵列的滤波器系数和归一化空间角频率ζ＝2πfd sinθ/c，其中d为虚拟阵元间距，频率f∈[fL，fU]，fL为工作频率范围的最低频率，fU为工作频率范围的最高频率，θ是从阵列宽边测量的波传播方向，c是介质中的波传播速度；
对ζ均匀采样，并使用最小化均方误差法，得到目标天线阵列滤波器系数与虚拟天线阵列滤波器系数之间的计算关系；
结合目标天线阵列天线和虚拟天线阵列天线的计算关系，将基于目标天线阵列的远场方向图改写为基于虚拟天线阵列的宽带方向图；
引入归一化时间角频率η＝2πfTs，其中Ts是时间采样间隔，通过代换ζ和η，将基于虚拟天线阵列天线的宽带方向图改写为基于虚拟天线阵列天线建立连续的第一空时谱。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如权利要求1-6任一所述方法中的步骤。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时运行如权利要求1-6任一所述方法中的步骤。
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