CN112949193A - 一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法及系统，属于阵列天线设计领域，包括以下步骤：S1：初始参数设置；S2：方向图疏采样；S3：方向图密采样。本发明在应用于大口径子阵级稀疏阵列天线方向图计算时，对特定切面的待观察方向根据截断电平进行筛选，在保证精度的条件下大幅度提高了计算效率，节省了计算资源；应用于大型雷达天线子阵级稀疏优化时，通过灵活调节截断电平和密采样间隔可有效控制阵列优化效率和精度，在提高优化自由度的同时提高了寻得最优解的可能性，获得的雷达天线系统成本低，副瓣低，抗干扰能力强。

Description

一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法及系统

技术领域

本发明涉及阵列天线设计技术领域，具体涉及一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法及系统。

背景技术

天线阵列在现代军事战争和民用领域有着广泛应用，特别是在现代电子战中，电子侦察与干扰可有效截获敌方雷达发射的电磁波并从中获取有用的信息，接着我方雷达发射电磁波对敌方雷达进行通信干扰进而实现阻断敌方战场通信的目标。对于超宽带阵列天线，当前面临的主要问题在于天线进行宽空域扫描时面临的栅瓣问题，由于战场上的电磁环境日趋复杂，若阵列天线的方向图存在栅瓣雷达将接收到来自其他方向的电磁波，最终影响雷达对目标位置的判断。因此确保雷达阵列天线在全工作频段方向图内低副瓣、无栅瓣为天线设计的重要目标，为了解决栅瓣问题，对等间距排布的超宽带阵列的间距进行了限制。传统的密集排布阵列天线间距较小，但考虑到存在特定天线单元物理尺寸较大，无法放置于上述间距的栅格内；对于大口径阵列天线，若按不出栅瓣的间距对单元进行排布时所需的阵元数目庞大，后端对应的T/R通道数很多，天线生产成本昂贵。

为实现大物理尺寸的天线单元组阵方式以及降低阵列天线的生产成本，考虑对阵列天线进行稀疏化设计，稀疏阵列天线一方面可拉大单元间距满足天线单元尺寸较大的要求，另一方面可在相同阵列口径内减少阵元数，进而降低天线成本。采用子阵级稀疏是其中的一种重要方法，即先对子阵中阵元位置进行设计，再对子阵的位置进行优化，最终获得理想的方向图特性。但稀疏化会拉大单元间距，若单元间距存在一定周期性，合成的阵列天线方向图可能出现栅瓣，为消除这种周期性排布引起的栅瓣问题，有学者考虑使子阵间的阵因子的栅瓣区与子阵因子的零点区域对应进而进行对消。但采用该方式的前提在于阵列规模较小，子阵间及子阵内部阵元的位置排布均存在周期性。但该优化过程降低了天线阵元排布的自由度，因此优先考虑所有阵元全区域自由排布的情况。

大口径阵列天线的波束宽度较窄，若需详细准确了解天线方向图性能，在进行方向图计算时需对计算角度进行加密，但该操作大幅度增加了计算量，降低了计算效率。之前未有文献关于大口径稀疏阵列的方向图计算效率的提升，常规的计算方法使计算时间和计算资源大幅度增加。由于子阵级稀疏阵列方向图是由子阵的阵列方向图对阵因子方向图的调制，因此本发明考虑将提取方向图中的有效观察区，并对有效观察区进行详细的计算，相当于局部加密计算。该方法可有效避开方向图截断区域的无效计算，大幅度提高大口径子阵级稀疏阵列天线方向图计算效率，基于此方法提出针对窄波束阵列天线的一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法及系统。

申请号为CN201711468663.6公开的一种超稀疏天线阵列收发波束方向图的测试方法，，主要解决现有测量方法和体制无法对超稀疏天线阵列进行地面方向图测试的难题。本发明通过多天线接收同一卫星的回波信号，利用FX相关合成器获取各天线间延迟差和相位差，作为天线间延迟差和相位差的零值；在此基础上对单天线波束宽度内的来波方向进行栅格化，利用对应的延迟差和相位差对各天线接收的卫星信号进行精确补偿，从而实现超稀疏天线阵列收发方向图的测试。本发明具有延迟/相位测量精度高、方法简单可靠等优点，比较适用于区域天线组阵、网络化雷达等超稀疏、分布式天线阵列的远场方向图测试。该技术虽然能够实现方向图的测试，但该方法对所有区域进行计算，计算量大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于在窄波束条件下如何提高子阵级稀疏阵列天线方向图的计算效率，提供了一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的，本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，已知阵列天线工作频率、阵列口径形状与尺寸和方向图待观察区域。阵元以子阵形式排布，所有阵元位置确定方法为：首先确定子阵数和子阵内阵元数，接着对子阵内阵元排布及子阵中心位置获得对应位置坐标，最后将子阵中心位置加上子阵内阵元位置获得所有阵元位置。子阵内阵元排布及子阵中心位置获取方法不限定，包括各种阵列稀疏优化算法。本发明中的数值方法基于所有阵元位置已知条件下，包括以下步骤：

S1：初始参数设置

根据阵列天线属性和初始参数确定初始疏采样间隔组；

S2：方向图疏采样

根据初始疏采样间隔组和阵元位置对方向图进行疏采样，确定有效疏采样间隔；根据有效疏采样间隔和截断电平确定有效副瓣区域；

S3：方向图密采样

根据采集间隔和密采样间隔对方向图进行密采样，获得最终的方向图及其特性。

本发明实现了一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，该方法通过对待观察方向进行筛选获得有效计算区域，并对该区域进行加密计算，避免了对无意义区域的冗余计算，大幅度提高了计算效率，节省了计算资源；该方法可配合包含遗传算法在内的多种优化算法对子阵级稀疏阵列进行优化设计，在获得稀疏阵元排布的前提下提高优化的效率，在同等计算资源条件下可实现参考种群数成倍增加，提高了寻得最优解的可能性。当该数值方法用于大型雷达子阵级稀疏优化计算时，可大幅度降低雷达阵元数和工程成本，基于该数值方法获得的大型雷达探测距离远、抗干扰能力强。

更进一步地，在所述步骤S1中，初始参数设置的具体过程如下：

S11：根据阵列天线工作频率和阵列口径形状与尺寸计算方向图主瓣宽度；

S12：结合方向图待观察区域和计算点数确定初始疏采样间隔组。

更进一步地，在所述步骤S2中，方向图疏采样的具体过程如下：

S21：根据初始疏采样间隔组和阵元位置对方向图进行疏采样，获得组中各疏采样间隔对应的切面方向图；

S22：根据切面方向图和截断电平计算副瓣区域数，并判断当前最小疏采样间隔是否收敛，若收敛，则当前最小疏采样间隔为有效疏采样间隔，进行S3；若不收敛，返回S1输出更小的疏采样间隔组，直到获得有效疏采样间隔为止；

S23：根据有效疏采样间隔和阵元位置对方向图进行疏采样，并根据截断电平计算确定主瓣区域和有效副瓣区域。

更进一步地，在所述步骤S1中，阵列天线属性包括待计算方向图切面，若需计算三维方向图性能，将三维方向图按方位向角度间隔离散为多个方向图切面，分别对每个方向图切面进行初始疏采样间隔组确定及后续计算步骤。

更进一步地，在所述步骤S1中，初始疏采样间隔组的疏采样间隔数设置为5-10个；推算阵列天线切面方向图主瓣宽度并生成初始间隔，为准确描述切面方向图主瓣区域的性能，初始间隔的取值范围为该切面方向图主瓣宽度的十分之一至五分之一区间内；间隔倍数为正整数，按初始间隔和间隔倍数生成疏采样间隔组。

更进一步地，在所述步骤S21和所述步骤S23中，方向图疏采样操作具体为：先根据疏采样间隔和待观察区域确定待计算的观察角度，接着计算特定切面内每个观察角度处所有阵元方向图叠加后的和方向图，即为阵列天线的方向图。

更进一步地，在所述步骤S22中，副瓣区域数的计算方法为：先根据截断电平对切面方向图进行截断，即切面方向图中小于截断电平值的角度对应场值为0；定义连续场值为0的区域为截断区间，接着将两个截断区间之间的区域提取为副瓣区域，因此获得副瓣区域数。

更进一步地，在所述步骤S22中，判断当前最小疏采样间隔是否收敛的方法为：当前疏采样间隔组中按从大到小排列后的间隔经过计算后获得的副瓣区域数是否呈现收敛趋势，即最小疏采样间隔与相邻间隔的副瓣区域数差值不大于1。

更进一步地，在所述步骤S23中，确定主瓣区域的方法为：先根据截断电平获得所有低于截断电平值的角度集合，角度集合中角度按从小到大排列，计算集合中相邻两个角度的角度差值；接着根据设置的参考角度差值筛选出主瓣两侧的角度差值大于参考角度差值的点，两侧最靠近主瓣的点则为主瓣区域左侧和右侧的边界。

更进一步地，在所述步骤S23中，确定有效副瓣区域的方法为：先从待观察区域去除主瓣区域形成待筛选区域；接着根据截断电平获得待筛选区域所有低于截断电平值的角度集合，角度集合中角度按从小到大排列；接着将角度集合中第1个数值排列至角度集合最后1位获得错位角度集合；然后计算角度集合与错位角度集合获得差值集合，根据副瓣区域要求间隔筛选差值集合中大于要求间隔的差值点，进而获得有效副瓣区域的角度节点；最后设置主瓣区域和副瓣区域的密采样间隔。

更进一步地，在所述步骤S3中，方向图密采样操作具体为：将主瓣区域和有效副瓣区域按照密采样间隔确定待计算的观察角度，由于其余区域方向图数值低于截断电平因此不进行计算，接着计算特定切面内每个观察角度处所有阵元方向图叠加后的和方向图。

本发明还提供了一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值系统，包括：

初始参数设置模块，用于确定初始疏采样间隔组；

方向图疏采样模块，用于对方向图进行疏采样，确定有效疏采样间隔和有效副瓣区域；

方向图密采样模块，用于对方向图进行密采样并获得最终的方向图及其特性；

控制处理模块，用于向各模块发出指令，完成相关动作；

所述初始参数设置模块、所述方向图疏采样模块、所述方向图密采样模块均与所述控制处理模块电连接。

本发明的优点在于：

1.本发明实现了一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，该方法通过对待观察方向进行筛选获得有效计算区域，并对该区域进行加密计算，避免了对无意义区域的冗余计算，大幅度提高了计算效率，节省了计算资源；该方法可配合包含遗传算法在内的多种优化算法对子阵级稀疏阵列进行优化设计，在获得稀疏阵元排布的前提下提高优化的效率，在同等计算资源条件下可实现参考种群数成倍增加，提高了寻得最优解的可能性。当该数值方法用于大型雷达子阵级稀疏优化计算时，可大幅度降低雷达阵元数和工程成本，基于该数值方法获得的大型雷达探测距离远、抗干扰能力强。

2.本发明适用于子阵级稀疏阵列天线优化，与传统的密集阵元排布相比，大幅度减少了阵元数，降低了天线成本；

3.本发明应用于稀疏阵列优化时，可大幅度提高子阵级稀疏阵列天线优化效率，计算时间大幅度减少，减少了算法参数调试时间，为寻得最优阵元位置排布提供了更多可能性；

4.本发明应用于稀疏阵列优化时，可节省较多计算资源，为并行优化提供更多计算空间，一定程度上提高了优化效率；

5.本发明可根据阵列方向图的性能灵活调节截断电平和密采样间隔，进而有效控制稀疏阵列优化的效率和精度，优化自由度高；

附图说明

图1是本发明实施例一中的流程示意图；

图2是本发明实施例一中方向图疏采样的详细流程示意图；

图3是本发明实施例二中的子阵级稀疏阵列天线阵元位置排布；

图4是本发明实施例二中子阵J的阵元位置排布；

图5是本发明实施例二中阵列天线法向φ＝0°切面的疏采样方向图；

图6是本发明实施例二中图5中疏采样方向图最左侧副瓣区域的放大图；

图7是本发明实施例二中阵列天线法向φ＝0°切面的密采样方向图；

图8是本发明实施例二中图7中密采样方向图最左侧副瓣区域的放大图；

图9是本发明实施例三中的子阵级稀疏阵列天线阵元位置排布；

图10是本发明实施例三中区域K内阵元位置排布；

图11是本发明实施例三中阵列天线扫描30°时φ＝0°切面的疏采样方向图；

图12是本发明实施例三中阵列天线法向φ＝0°切面的密采样方向图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，图1为本实施例的流程示意图，图2为方向图疏采样的详细流程示意图。已知阵列天线工作频率、阵列口径形状与尺寸和方向图待观察区域。阵元以子阵形式排布，所有阵元位置确定方法为：首先确定子阵数和子阵内阵元数，接着对子阵内阵元排布及子阵中心位置获得对应位置坐标，最后将子阵中心位置加上子阵内阵元位置获得所有阵元位置。子阵内阵元排布及子阵中心位置获取方法不限定，包括各种阵列稀疏优化算法。本发明中的数值方法基于所有阵元位置已知条件下，包括以下步骤：

步骤S1：初始参数设置

根据阵列天线属性和初始参数确定初始疏采样间隔组；初始参数设置的具体过程如下：

步骤S11：根据阵列天线工作频率和阵列口径形状与尺寸计算方向图主瓣宽度；

步骤S12：结合方向图待观察区域和计算点数确定初始疏采样间隔组。

本实施例中，阵列天线属性包括待计算方向图切面，若需计算三维方向图性能，将三维方向图按方位向角度间隔离散为多个方向图切面，分别对每个方向图切面进行初始疏采样间隔组确定及后续计算步骤。

本实施例中，初始疏采样间隔组的疏采样间隔数设置为5-10个；推算阵列天线切面方向图主瓣宽度并生成初始间隔，为准确描述切面方向图主瓣区域的性能，初始间隔的取值范围为该切面方向图主瓣宽度的十分之一至五分之一区间内；间隔倍数为正整数，按初始间隔和间隔倍数生成疏采样间隔组。

步骤S2：方向图疏采样

根据初始疏采样间隔组和阵元位置对方向图进行疏采样，确定有效疏采样间隔；根据有效疏采样间隔和截断电平确定有效副瓣区域；方向图疏采样的具体过程如下：

步骤S21：根据初始疏采样间隔组和阵元位置对方向图进行疏采样，获得组中各疏采样间隔对应的切面方向图；

步骤S22：根据切面方向图和截断电平计算副瓣区域数，并判断当前最小疏采样间隔是否收敛，若收敛，则当前最小疏采样间隔为有效疏采样间隔，进行步骤S3；若不收敛，返回步骤S1输出更小的疏采样间隔组，直到获得有效疏采样间隔为止；

步骤S23：根据有效疏采样间隔和阵元位置对方向图进行疏采样，并根据截断电平计算确定主瓣区域和有效副瓣区域。

本实施例中，在所述步骤S21和所述步骤S23中，方向图疏采样操作具体为：先根据疏采样间隔和待观察区域确定待计算的观察角度，接着计算特定切面内每个观察角度处所有阵元方向图叠加后的和方向图，即为阵列天线的方向图。

在所述步骤S22中，副瓣区域数的计算方法为：先根据截断电平对切面方向图进行截断，即切面方向图中小于截断电平值的角度对应场值为0；定义连续场值为0的区域为截断区间，接着将两个截断区间之间的区域提取为副瓣区域，因此获得副瓣区域数。

在所述步骤S22中，判断当前最小疏采样间隔是否收敛的方法为：当前疏采样间隔组中按从大到小排列后的间隔经过计算后获得的副瓣区域数是否呈现收敛趋势，即最小疏采样间隔与相邻间隔的副瓣区域数差值不大于1。

在所述步骤S23中，确定主瓣区域的方法为：先根据截断电平获得所有低于截断电平值的角度集合，角度集合中角度按从小到大排列，计算集合中相邻两个角度的角度差值；接着根据设置的参考角度差值筛选出主瓣两侧的角度差值大于参考角度差值的点，两侧最靠近主瓣的点则为主瓣区域左侧和右侧的边界。

在所述步骤S23中，确定有效副瓣区域的方法为：先从待观察区域去除主瓣区域形成待筛选区域；接着根据截断电平获得待筛选区域所有低于截断电平值的角度集合，角度集合中角度按从小到大排列；接着将角度集合中第1个数值排列至角度集合最后1位获得错位角度集合；然后计算角度集合与错位角度集合获得差值集合，根据副瓣区域要求间隔筛选差值集合中大于要求间隔的差值点，进而获得有效副瓣区域的角度节点；最后设置主瓣区域和副瓣区域的密采样间隔。

步骤S3：方向图密采样

根据采集间隔和密采样间隔对方向图进行密采样，获得最终的方向图及其特性。

本实施中方向图密采样操作具体为：将主瓣区域和有效副瓣区域按照密采样间隔确定待计算的观察角度，由于其余区域方向图数值低于截断电平因此不进行计算，接着计算特定切面内每个观察角度处所有阵元方向图叠加后的和方向图。

本发明还提供了一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值系统，包括：

初始参数设置模块，用于确定初始疏采样间隔组；

方向图疏采样模块，用于对方向图进行疏采样，确定有效疏采样间隔和有效副瓣区域；

方向图密采样模块，用于对方向图进行密采样并获得最终的方向图及其特性；

控制处理模块，用于向各模块发出指令，完成相关动作；

所述初始参数设置模块、所述方向图疏采样模块、所述方向图密采样模块均与所述控制处理模块电连接。

对于大型阵列方向图计算过程，由于阵列天线口径大、波束宽度窄，计算的角度间隔极小，若计算全域观察方向图计算量庞大，为提高计算效率且不失计算精确度，对方向图进行采样；本发明采用疏采样和密采样模式，以递进形式对方向图进行计算，大幅度提高了计算效率；当该方法适用于优化算法时。可大幅度提高优化的效率，提高了寻得最优解的概率。

实施例二

本实施例计算圆口径子阵级稀疏阵列天线方向图性能，子阵内阵元为密集阵排布，工作频点为10GHz。阵列天线按子阵形式排布，子阵形状为圆形，子阵内阵元按矩形栅格排布。子阵内阵元间距为100mm，子阵半径为850mm，子阵阵元数为198个。子阵中心位置已知，子阵最小间距为1800mm，子阵数为100个。初始子阵中心位于原点处，将初始子阵依次复制到每个子阵中心位置处，获得整个阵列天线的阵元位置。天线切面为φ＝0°，扫描状态为法向，角度计算区间为-45°～45°。对该阵列排布先进行疏采样计算，疏采样间隔组为(0.0005°，0.001°，0.002°，0.004°，0.008°)，经计算疏采样间隔为0.001°时计算结果已收敛，因此选择0.001°为采样间隔进行计算，截断电平设置为-30dB。获得疏采样方向图后，经截断电平处理后获得主瓣区域，副瓣区域要求间隔为6°，根据此间隔筛选出有效副瓣区域的角度节点。密采样间隔设置为0.00025°，根据上述密采样区域对方向图进行计算获得密采样方向图。

如图3-图8所示，图3是本实施例中的子阵级稀疏阵列天线阵元位置排布，图4是本实施例中子阵J的阵元位置排布。图5是本实施例中阵列天线法向φ＝0°切面的疏采样方向图，图6为本实施例图5中疏采样方向图最左侧副瓣区域的放大图。图7为本实施例中阵列天线法向φ＝0°切面的密采样方向图，图8为本实施例图7中密采样方向图最左侧副瓣区域的放大图。

由上述结果得，天线疏采样方向图的副瓣电平为-13.1dB，天线密采样方向图的副瓣电平为-12.7dB。对比图6和图8可得，采样加密过程出现了更高副瓣电平，提高了方向图计算的准确性。若按密采样间隔计算，计算点数为36万个，按本实施例中方法计算时计算点数为45125个，计算时间仅为全域计算的12.5％，大幅度提高了计算效率。

实施例三

本实施例计算圆口径子阵级稀疏阵列天线方向图性能，子阵内阵元为稀疏排布，工作频点为7GHz。阵列天线按子阵形式排布，子阵形状为圆形，子阵内阵元稀疏排布。子阵内阵元最小间距为80mm，子阵半径为450mm，子阵阵元数为16个。子阵阵元位置和子阵中心位置已知，子阵最小间距为980mm，子阵数为1000个。初始子阵中心位于原点处，将初始子阵依次复制到每个子阵中心位置处，获得整个阵列天线的阵元位置。天线切面为φ＝0°，扫描状态为扫描30°，角度计算区间为0°～40°。对该阵列排布先进行疏采样计算，疏采样间隔组为(0.0002°，0.0004°，0.0008°，0.001°，0.002°)，经计算疏采样间隔为0.0008°时计算结果已收敛，因此选择0.0008°为采样间隔进行计算，截断电平设置为-40dB。获得疏采样方向图后，经截断电平处理后获得主瓣区域，副瓣区域要求间隔为1°，根据此间隔筛选出有效副瓣区域的角度节点。密采样间隔设置为0.0002°，根据上述密采样区域对方向图进行计算获得密采样方向图。

如图9-图12所示，图9是本实施例中的子阵级稀疏阵列天线阵元位置排布，图10是本实施例中区域K内阵元位置排布，1个黑色圆圈表示1个子阵区域。图11是本实施例中阵列天线扫描30°时φ＝0°切面的疏采样方向图，图12为本实施例中阵列天线法向φ＝0°切面的密采样方向图。

由上述结果得，天线疏采样方向图的副瓣电平为-21.97dB，天线密采样方向图的副瓣电平为-21.7dB。对比图11和图12可得，采样加密过程提高了方向图计算的准确性。若按密采样间隔计算，计算点数为20万个，按本实施例中方法计算时计算点数为115347个，计算时间仅为全域计算的57.7％。考虑到本实施例中天线方向图副瓣覆盖区域较大，本实施例大幅度提高了计算效率。

综上所述，上述实施例中的子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，通过对待观察方向进行筛选获得有效计算区域，并对该区域进行加密计算，避免了对无意义区域的冗余计算，大幅度提高了计算效率，节省了计算资源；该方法可配合包含遗传算法在内的多种优化算法对子阵级稀疏阵列进行优化设计，在获得稀疏阵元排布的前提下提高优化的效率，在同等计算资源条件下可实现参考种群数成倍增加，提高了寻得最优解的可能性，值得被推广使用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：初始参数设置

根据阵列天线属性和初始参数确定初始疏采样间隔组；

S2：方向图疏采样

根据初始疏采样间隔组和阵元位置对方向图进行疏采样，确定有效疏采样间隔；根据有效疏采样间隔和截断电平确定有效副瓣区域；

S3：方向图密采样

根据采集间隔和密采样间隔对方向图进行密采样，获得最终的方向图及其特性。

2.根据权利要求1所述的一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，其特征在于：在所述步骤S1中，初始参数设置的具体过程如下：

S11：根据阵列天线工作频率和阵列口径形状与尺寸计算方向图主瓣宽度；

S12：结合方向图待观察区域和计算点数确定初始疏采样间隔组。

3.根据权利要求1所述的一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，其特征在于：在所述步骤S2中，方向图疏采样的具体过程如下：

S21：根据初始疏采样间隔组和阵元位置对方向图进行疏采样，获得组中各疏采样间隔对应的切面方向图；

S22：根据切面方向图和截断电平计算副瓣区域数，并判断当前最小疏采样间隔是否收敛，若收敛，则当前最小疏采样间隔为有效疏采样间隔，进行S3；若不收敛，返回S1输出更小的疏采样间隔组，直到获得有效疏采样间隔为止；

S23：根据有效疏采样间隔和阵元位置对方向图进行疏采样，并根据截断电平计算确定主瓣区域和有效副瓣区域。

4.根据权利要求1所述的一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，其特征在于：在所述步骤S1中，阵列天线属性包括待计算方向图切面，若需计算三维方向图性能，将三维方向图按方位向角度间隔离散为多个方向图切面，分别对每个方向图切面进行初始疏采样间隔组确定及后续计算步骤。

5.根据权利要求1所述的一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，其特征在于：在所述步骤S1中，初始疏采样间隔组的疏采样间隔数设置为5-10个；推算阵列天线切面方向图主瓣宽度并生成初始间隔，为准确描述切面方向图主瓣区域的性能，初始间隔的取值范围为该切面方向图主瓣宽度的十分之一至五分之一区间内；间隔倍数为正整数，按初始间隔和间隔倍数生成疏采样间隔组。

6.根据权利要求3所述的一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，其特征在于：在所述步骤S21和所述步骤S23中，方向图疏采样操作具体为：先根据疏采样间隔和待观察区域确定待计算的观察角度，接着计算特定切面内每个观察角度处所有阵元方向图叠加后的和方向图，即为阵列天线的方向图。

7.根据权利要求3所述的一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，其特征在于：在所述步骤S22中，副瓣区域数的计算方法为：先根据截断电平对切面方向图进行截断，即切面方向图中小于截断电平值的角度对应场值为0；定义连续场值为0的区域为截断区间，接着将两个截断区间之间的区域提取为副瓣区域，因此获得副瓣区域数。

8.根据权利要求3所述的一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，其特征在于：在所述步骤S22中，判断当前最小疏采样间隔是否收敛的方法为：当前疏采样间隔组中按从大到小排列后的间隔经过计算后获得的副瓣区域数是否呈现收敛趋势，即最小疏采样间隔与相邻间隔的副瓣区域数差值不大于1。

9.根据权利要求3所述的一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，其特征在于：在所述步骤S23中，确定主瓣区域的方法为：先根据截断电平获得所有低于截断电平值的角度集合，角度集合中角度按从小到大排列，计算集合中相邻两个角度的角度差值；接着根据设置的参考角度差值筛选出主瓣两侧的角度差值大于参考角度差值的点，两侧最靠近主瓣的点则为主瓣区域左侧和右侧的边界。

10.根据权利要求3所述的一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，其特征在于：在所述步骤S23中，确定有效副瓣区域的方法为：先从待观察区域去除主瓣区域形成待筛选区域；接着根据截断电平获得待筛选区域所有低于截断电平值的角度集合，角度集合中角度按从小到大排列；接着将角度集合中第1个数值排列至角度集合最后1位获得错位角度集合；然后计算角度集合与错位角度集合获得差值集合，根据副瓣区域要求间隔筛选差值集合中大于要求间隔的差值点，进而获得有效副瓣区域的角度节点；最后设置主瓣区域和副瓣区域的密采样间隔。

11.根据权利要求1所述的一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值方法，其特征在于：在所述步骤S3中，方向图密采样操作具体为：将主瓣区域和有效副瓣区域按照密采样间隔确定待计算的观察角度，由于其余区域方向图数值低于截断电平因此不进行计算，接着计算特定切面内每个观察角度处所有阵元方向图叠加后的和方向图。

12.一种子阵级稀疏阵列天线方向图数值系统，其特征在于，利用如权利要求1～11任一项所述的数值方法对子阵级稀疏阵列方向图进行计算，包括：

初始参数设置模块，用于确定初始疏采样间隔组；

方向图疏采样模块，用于对方向图进行疏采样，确定有效疏采样间隔和有效副瓣区域；

方向图密采样模块，用于对方向图进行密采样并获得最终的方向图及其特性；

控制处理模块，用于向各模块发出指令，完成相关动作；

所述初始参数设置模块、所述方向图疏采样模块、所述方向图密采样模块均与所述控制处理模块电连接。

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