CN116224240A - 基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形算法 - Google Patents

基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形算法 Download PDF

Info

Publication number
CN116224240A
CN116224240A CN202310225632.7A CN202310225632A CN116224240A CN 116224240 A CN116224240 A CN 116224240A CN 202310225632 A CN202310225632 A CN 202310225632A CN 116224240 A CN116224240 A CN 116224240A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polarization
array
noise ratio
conformal
output signal
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.)
Pending
Application number
CN202310225632.7A
Other languages
English (en)
Inventor
谢菊兰
付小川
陈政宇
汪亚龙
杨攀
何子述
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.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
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 University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN202310225632.7A priority Critical patent/CN116224240A/zh
Publication of CN116224240A publication Critical patent/CN116224240A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/024—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using polarisation effects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及雷达通信技术，公开了一种基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形算法。本发明首先综合考虑阵元各向相异以及载体遮蔽效应，根据阵元局部方向图，建立共形阵列模型。然后，构造基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形凸优化模型。最后利用逐步递进的思想确定模型参数，从而对权向量进行求解，得到最优权向量。该方法从输出信噪比最大的角度对共形极化阵列发射端波束赋形展开研究。在多约束的前提下巧妙的构造了最优化模型，使得阵列输出信噪比增大的同时，主波束指向和极化信息得到有效约束，峰值旁瓣电平和交叉极化电平也得到有效降低，并且还能够在特定角度范围内形成凹陷。

Description

基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形算法
技术领域
本发明属于雷达通信技术，尤其涉及共形极化阵列的发射方向图赋形技术。
背景技术
近年来，共形阵列因其能够灵活地附着在车辆和飞机表面以节省空间并获得更大的角度覆盖范围等而受到越来越多地关注。但载体曲率的影响使得各个阵元单元方向图和极化特性各不相同，从而导致共形阵列发射方向图出现了较高的峰值旁瓣电平以及严重的交叉极化电平，发射波束性能大大下降。所以如何设计出权向量以实现期望的发射方向图至关重要。
由于方向图综合问题中的目标函数和约束条件大部分呈多参数、非线性、不可微甚至不连续的特点，使得传统的基于梯度寻优技术的数值优化方法无法有效地求得工程满意解。因此智能优化算法以其良好的鲁棒性在阵列天线方向图的综合设计中得到了广泛的应用。Mehrabian等人提出入侵杂草优化算法可以有效的降低峰值旁瓣电平，但该算法容易陷入局部最优且耗时较长，具有一定的局限性(参见文献：Mehrabian AR,Lucas C.A novelnumerical optimization algorithm inspired from weed colonization[J].Ecological Informatics,2006,1(4):355-366.)。除此之外，交替投影算法也可以应用于共形阵列波束赋形，其通过在可实现方向图与期望方向图两个集合轮流投影，使阵列方向图逼近期望方向图，但该方法用于复杂阵列时会发生主波束指向偏移，不利于实际工程的实现(参见文献：Guodong H,Wei W,Biao D.Perturbation alternating projectionsmethod for pattern synthesis of phased array antenna[C]//MillimeterWaves.IEEE,2012.)。近年来凸优化理论也成为方向图赋形算法的重要研究工具，但针对于共形阵列发射波束形成的研究较少，仅有的相关算法也计算量较大，且对交叉极化的抑制效果不是很理想。
因此在自由度有限且约束众多的前提下，如何合成期望的共形极化阵列发射波束方向图具有重大的研究意义。
发明内容
申请人分析了现有的共形极化阵列发射波束赋形方法，由于该领域的相关算法较少，且现有算法在多指标约束条件下效果不是很理想，鉴于此，本发明提供了一种基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形算法，用以解决现有方法中存在的问题。
本发明提供的技术方案，具体为，一种基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形算法，该方法包括如下步骤：
步骤1)设置共形极化阵列的阵元总数N，阵元沿圆环切线或垂线交叉间隔放置，阵元在
Figure BDA0004118318290000021
和/>
Figure BDA0004118318290000022
方向上的单元方向图/>
Figure BDA0004118318290000023
其中角度θ∈[0,π/2]为俯仰角，角度/>
Figure BDA0004118318290000024
为方位角；
步骤2)综合考虑阵元各向相异以及载体遮蔽效应，根据阵元局部方向图，建立共形阵列模型，第n个阵元局部坐标下的
Figure BDA0004118318290000025
和/>
Figure BDA0004118318290000026
极化方向图分别为：
Figure BDA0004118318290000027
Figure BDA0004118318290000028
其中，
Figure BDA0004118318290000029
是在第n个阵元的局部坐标系下的指向；通过欧拉旋转实现局部坐标系和全局坐标系的转换，得到第n个阵元全局坐标系下的/>
Figure BDA00041183182900000210
和/>
Figure BDA00041183182900000211
方向的单元方向图
Figure BDA00041183182900000212
和
Figure BDA00041183182900000213
步骤3)分别得到
Figure BDA00041183182900000214
方向、/>
Figure BDA00041183182900000215
方向上、主极化方向以及交叉极化方向上的导向向量：
Figure BDA00041183182900000216
Figure BDA00041183182900000217
Figure BDA00041183182900000218
Figure BDA00041183182900000219
对应的空域响应分别为
Figure BDA00041183182900000220
Figure BDA00041183182900000221
其中，λ为信号波长，(xn,yn,zn)为第n个阵元的阵元位置，
Figure BDA00041183182900000222
(γco,ηco)和(γx,ηx)分别为主极化参数以及交叉极化参数；
步骤4)构造输出信噪比Pout，Pout由主极化导向向量
Figure BDA00041183182900000223
和交叉极化导向向量
Figure BDA00041183182900000224
构成：
Figure BDA00041183182900000225
步骤5)基于期望发射方向图确定各种约束；
对旁瓣电平和交叉极化电平以及凹陷区域电平的约束为：
Figure BDA0004118318290000031
Figure BDA0004118318290000032
Figure BDA0004118318290000033
对主波束的极化约束和指向约束为：
Figure BDA0004118318290000034
Figure BDA0004118318290000035
其中，ΩS、ΩN、ΩP分别为旁瓣区域角度范围、凹陷区域角度范围、极化约束角度范围。ε′、ρ、μ′、τ′为待求参数。
步骤6)构造基于最大输出信噪比的共形极化阵列发射方向图赋形凸优化模型：
Figure BDA0004118318290000036
步骤7)确定凸优化模型参数并得到期望权向量；
基于主波束指向和参数τ所在的约束，首先利用凸优化求出参数τ的下限τmin，代入
Figure BDA0004118318290000037
然后加入ε所在的约束去求ε的下限εmin，依此类推，最终利用逐步递进的思想选出参数/>
Figure BDA0004118318290000038
最后将其代入凸优化模型进行求解，从而得到满足期望发射方向图的最优权向量。
进一步地，在所述步骤4)中，利用主波束指向和交叉极化电平约束对输出信噪比表达式进行进一步的转换，可以发现此时输出信噪比的分子
Figure BDA0004118318290000039
接近于常数，所以输出信噪比最大化，也就是分母wHw最小化。
进一步地，在所述步骤5)中，由于
Figure BDA0004118318290000041
难以求解，所以我们将其转化为/>
Figure BDA0004118318290000042
和/>
Figure BDA0004118318290000043
此时需注意旁瓣电平的约束已经包含对旁瓣角度范围交叉极化分量电平的约束，所以在对交叉极化电平进行约束时，只需要关注主瓣范围即可。
本发明公开了一种对共形极化阵列发射方向图进行快速有效的波束赋形算法。本发明从输出信噪比最大化的角度建立多约束共形极化阵列发射方向图波束赋形模型，且在模型求解过程中采用逐步递进的思想对相关参数进行理论最优求解，充分利用了阵列自由度使得该算法在多约束下也可以高效地达到期望共形阵列发射波束图。
本发明的有益效果是，在阵列输出信噪比增大的同时，使得共形极化阵列发射方向图能够满足主波束指向和极化约束，并且在特定角度范围内形成凹陷，且有效降低发射波束方向图峰值旁瓣电平以及交叉极化电平。
附图说明
图1为本发明的方法流程图即摘要附图；
图2为本发明的半球形共形极化阵列示意图；
图3为初始发射波束总方向图；
图4为初始发射波束主极化方向方向图；
图5为初始发射波束交叉极化方向方向图；
图6为初始发射波束
Figure BDA0004118318290000044
分量俯仰维剖面方向图；
图7为初始发射波束
Figure BDA0004118318290000045
分量方位维剖面方向图；
图8为线极化下所提算法的发射波束总方向图；
图9为线极化下所提算法的发射波束主极化方向方向图；
图10为线极化下所提算法的发射波束交叉极化方向方向图；
图11为线极化下所提算法的发射波束
Figure BDA0004118318290000046
分量俯仰维剖面方向图；
图12为线极化下所提算法的发射波束
Figure BDA0004118318290000047
分量方位维剖面方向图；
图13为圆极化下所提算法的发射波束总方向图；
图14为圆极化下所提算法的发射波束主极化方向方向图；
图15为圆极化下所提算法的发射波束交叉极化方向方向图；
图16为圆极化下所提算法的发射波束
Figure BDA0004118318290000051
分量俯仰维剖面方向图；
图17为圆极化下所提算法的发射波束
Figure BDA0004118318290000052
分量方位维剖面方向图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
为了更好的描述，首先进行如下定义：
交叉极化电平(Cross-polarization level)定义为基于主极化方向图归一化的交叉极化分量电平值，其表达式为
Figure BDA0004118318290000053
其中/>
Figure BDA0004118318290000054
为交叉极化分量的电平，/>
Figure BDA0004118318290000055
为发射信号主极化方向的电平。其是衡量天线极化纯度的一种指标，CPI值越小，也就意味着方向图整个空域的交叉极化分量越小于主极化分量，天线极化越接近主极化。
峰值旁瓣电平(Peak Sidelobe Level)定义为基于主波束增益归一化的最高旁瓣电平，其表达式为
Figure BDA0004118318290000056
下面结合说明书附图详细说明本发明的具体实施方式，假设共形极化阵列的阵元总数N，阵元沿圆环切线或垂线交叉间隔放置，阵元在
Figure BDA0004118318290000057
和/>
Figure BDA0004118318290000058
方向上的单元方向图/>
Figure BDA0004118318290000059
Figure BDA00041183182900000510
其中角度θ∈[0,π/2]为俯仰角，角度/>
Figure BDA00041183182900000511
为方位角；
如图1所示基于最大输出信噪比的共形极化阵发射波束赋形算法流程图，其具体包含以下步骤：
步骤1、设置共形极化阵列的阵元总数N，阵元沿圆环切线或垂线交叉间隔放置，阵元在
Figure BDA00041183182900000512
和/>
Figure BDA00041183182900000513
方向上的单元方向图/>
Figure BDA00041183182900000514
其中角度θ∈[0,π/2]为俯仰角，角度/>
Figure BDA00041183182900000515
为方位角；
步骤2、综合考虑阵元各向相异以及载体遮蔽效应，根据阵元局部方向图，建立共形极化阵列模型。
步骤3、根据阵列模型得到
Figure BDA00041183182900000516
和/>
Figure BDA00041183182900000517
方向上的导向向量。
阵列发射信号可以表示为：
Figure BDA0004118318290000061
因此
Figure BDA0004118318290000062
和/>
Figure BDA0004118318290000063
方向上的导向向量为：
Figure BDA0004118318290000064
Figure BDA0004118318290000065
对应的空域响应分别为
Figure BDA0004118318290000066
其中，λ为信号波长，(xn,yn,zn)为第n个阵元的阵元位置，
Figure BDA0004118318290000067
Figure BDA0004118318290000068
步骤4、根据极化参数，确定主极化方向及交叉极化方向导向矢量。
若(γco,ηco)和(γx,ηx)分别为主极化参数以及交叉极化参数，则主极化方向矢量可以表示为
Figure BDA0004118318290000069
此时电场在主极化方向上的分量为电场/>
Figure BDA00041183182900000610
和
Figure BDA00041183182900000611
的内积：
Figure BDA00041183182900000612
所以主极化方向导向矢量可以表示为：
Figure BDA00041183182900000613
同理可得交叉极化方向导向矢量为：
Figure BDA00041183182900000614
步骤5、确定主波束指向处约束。
若发射信号方向为
Figure BDA00041183182900000615
为了使主瓣对准期望发射方向，发射方向处方向图应满足/>
Figure BDA00041183182900000616
步骤6、根据期望极化参数确定极化约束。
为了保证主波束附近的电场符合我们期望的极化参数(γ0,η0)，所以主波束附近电场
Figure BDA0004118318290000071
和/>
Figure BDA0004118318290000072
需满足一定的极化约束条件即
Figure BDA0004118318290000073
其中，τ′表示优化的精确度，ΩP为极化约束角度范围，接着我们对约束进一步变形转化可以得到如下形式：
Figure BDA0004118318290000074
步骤7、确定旁瓣电平约束。
我们希望旁瓣电平应尽可能小，因为旁瓣电平越小，对应的方向图性能越好，约束如下：
Figure BDA0004118318290000075
其中，ε′为设定的旁瓣电平值，ΩS为旁瓣区域角度范围，ΩS根据初始发射方向图的主瓣范围确定，又因为上述约束难以求解，而
Figure BDA0004118318290000076
所以我们可以进一步将约束转换为
Figure BDA0004118318290000077
和/>
Figure BDA0004118318290000078
步骤8、确定交叉极化电平约束
为了让天线极化尽可能地接近期望极化，进而在系统中表现出更好的工作性能，我们希望交叉极化电平尽可能小，约束如下：
Figure BDA0004118318290000079
其中ρ′为设定的交叉极化电平值，考虑到已经对主极化电平进行约束，所以约束可以转化为对交叉极化分量电平的约束，即
Figure BDA00041183182900000710
又因为旁瓣电平约束已包含对旁瓣角度范围交叉极化分量电平的约束，所以只需要对主瓣范围内交叉极化分量电平进行约束，即可实现全扫描范围内交叉极化电平的抑制，即
Figure BDA00041183182900000711
ΩM为主瓣范围。
步骤9、确定凹陷区域电平约束
我们希望在设定角度范围内形成凹陷，从而实现对特定角度信号的抑制，约束表示为：
Figure BDA00041183182900000712
其中ΩN为凹陷区域角度范围，μ′为设定凹陷值，因为
Figure BDA00041183182900000713
为了方便求解，将其转化为：
Figure BDA0004118318290000081
Figure BDA0004118318290000082
进一步的转化为：
Figure BDA0004118318290000083
Figure BDA0004118318290000084
步骤10、构建基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形凸优化问题模型
假设信号和噪声的功率均为1，且噪声为高斯白噪声，发射信号可以表示为：
Figure BDA0004118318290000085
其中
Figure BDA0004118318290000086
分别为主极化方向矢量和交叉极化方向矢量。则输出信噪比可以表示为：
Figure BDA0004118318290000087
因为
Figure BDA0004118318290000088
垂直于/>
Figure BDA0004118318290000089
所以
Figure BDA00041183182900000810
所以我们可以得到
Figure BDA00041183182900000811
同时，在交叉极化和主波束指向的约束下，
Figure BDA00041183182900000812
可以近似看作常数，所以要让输出信噪比最大化，即让wHw最小。最终，基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形凸优化模型可以表达为：/>
Figure BDA00041183182900000813
其中，ε、ρ、μ、τ为待求常数。
步骤11、确定参数τ、ε、ρ、μ的理论最优值，并选出真实参数
Figure BDA00041183182900000814
因为步骤10中的凸优化模型含有一部分待确定的参数，所以在求解凸优化问题前，我们先利用逐步递进的思想去确定真实参数值。首先，通过求解下面凸优化问题，确定参数τ的下限τmin，最终选择的τ应该满足τ≥τmin；
Figure BDA0004118318290000091
选择
Figure BDA0004118318290000092
通过求解下面凸优化问题，确定参数ε的下限εmin，最终选择的ε应该满足ε≥εmin；
Figure BDA0004118318290000093
选择ε≥εmin，求解下式所示的凸优化确定参数ρ的下限ρmin，最终选择的ρ应该满足ρ≥ρmin；
Figure BDA0004118318290000094
同理，选择
Figure BDA0004118318290000095
通过求解下述凸优化问题，确定参数μ的下限μmin，最终选择的μ应该满足μ≥μmin；
Figure BDA0004118318290000101
选择
Figure BDA0004118318290000102
步骤12、对权向量进行求解
将所选参数
Figure BDA0004118318290000103
代入基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形凸优化模型进行求解，从而得到满足期望发射方向图的最优权向量。
为使本发明的目的、技术方案和技术效果更加清楚，通过仿真实验对本发明作进一步地详细描述。
本次实验针对发明最大输出信噪比的共形极化阵列发射波束赋形算法进行了仿真实验。以下仿真实验中，阵元采用矩阵微带天线，阵列选择为下半球面阵列，半径R＝5λ，相邻圆环间隔弧长l＝0.5λ，同一圆环相邻阵元间隔dc＝0.5λ，阵元总数651。发射信号为窄带信号，信号波长λ＝1。信号发射方向
Figure BDA0004118318290000104
各角度范围约定如下：
主瓣角度范围为
Figure BDA0004118318290000105
极化约束角度范围为/>
Figure BDA0004118318290000106
凹陷角度范围1为
Figure BDA0004118318290000107
凹陷角度范围2为
Figure BDA0004118318290000108
/>
仿真中考虑了两种极化方式分别为线极化和圆极化：当极化方式为线极化时，主极化设为水平极化分量(γco＝0、ηco＝0)，交叉极化设为垂直极化分量
Figure BDA0004118318290000109
当极化方式为圆极化时，主极化设为左旋圆极化/>
Figure BDA00041183182900001010
交叉极化设为右旋圆极化/>
Figure BDA00041183182900001011
仿真实验一：本仿真中，对只进行空间导向向量补相加权的初始发射波束方向图进行仿真。初始发射波束总方向图如图3所示，初始发射波束主极化方向图如图4所示，初始发射波束交叉极化总方向图如图5所示，初始
Figure BDA0004118318290000111
分量俯仰维剖面发射波束图如图6所示，初始/>
Figure BDA0004118318290000112
分量方位维剖面发射波束图如图7所示。
仿真实验二：本仿真中，考虑极化方式为线极化，对所提算法进行仿真，优化后发射波束总方向图如图8所示，优化后发射波束主极化方向图如图9所示，优化后发射波束交叉极化总方向图如图10所示，优化后
Figure BDA0004118318290000113
分量俯仰维剖面发射波束图如图11所示，优化后/>
Figure BDA0004118318290000114
Figure BDA0004118318290000115
分量方位维剖面发射波束图如图12所示,算法性能如表1所示：
表1线极化下算法性能参数
Figure BDA0004118318290000116
从上述表格中可以看出经过该算法优化后阵列输出信噪比从15.0413dB增加到22.1016dB，得到了很好的改善，波束方向图的峰值旁瓣电平由优化前的-0.4252dB降低至-22.3756dB，优化效果明显。最大凹陷电平从-16.7740dB降低至-30.9691dB，整个凹陷区域的平均凹陷电平也得到了明显的降低，从-20.0469dB降低至-33.3289dB。从图11和图12也可以看出
Figure BDA0004118318290000117
在主波束指向处的归一化方向图电平为0dB，/>
Figure BDA0004118318290000118
与/>
Figure BDA0004118318290000119
分量相差巨大，信号中只含有/>
Figure BDA00041183182900001110
分量，极化状态为水平极化。而表中的数据交叉极化电平下降了约23dB，这意味着整体交叉极化电平得到了很好的抑制。
此外，从图3可以看出初始方向图主波束指向偏移至
Figure BDA00041183182900001111
优化后方向图主波束指向如图8所示为期望波束指向/>
Figure BDA00041183182900001112
主波束指向得到了校正。
仿真实验三：本仿真中，考虑极化方式为圆极化，对所提算法进行仿真，优化后发射波束总方向图如图13所示，优化后发射波束主极化方向图如图14所示，优化后发射波束交叉极化总方向图如图15所示，优化后
Figure BDA0004118318290000121
分量俯仰维剖面发射波束图如图16所示，优化后/>
Figure BDA0004118318290000122
分量方位维剖面发射波束图如图17所示,算法性能如表2所示：
表2圆极化下算法性能参数
Figure BDA0004118318290000123
从上述表格中可以看出经过该算法优化后阵列输出信噪比从15.0413dB增加到21.1349dB，得到了很好的改善，波束方向图的峰值旁瓣电平由优化前的-0.4252dB降低至-24.9487dB，优化效果明显。最大凹陷电平从-16.7740dB降低至-36.9899dB，整个凹陷区域的平均凹陷电平也得到了明显的降低，从-20.0469dB降低至-40.8586dB，交叉极化电平下降了约25dB，整体交叉极化电平抑制明显。优化后的极化参数满足左旋圆极化，而从图16和图17也可以看出
Figure BDA0004118318290000124
与/>
Figure BDA0004118318290000125
分量在主波束附近几乎相等。此外，优化后方向图主波束指向如图17所示也得到了校正，为期望波束指向/>
Figure BDA0004118318290000126
综上，本发明所提算法可以使阵列获得更大的输出信噪比，且在满足方向图主波束指向和极化约束的同时，有效降低发射波束方向图峰值旁瓣电平和交叉极化电平，并在特定角度范围内形成凹陷。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合；本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形算法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)设置共形极化阵列的阵元总数N，阵元沿圆环切线或垂线交叉间隔放置，阵元在
Figure FDA0004118318270000011
和/>
Figure FDA0004118318270000012
方向上的单元方向图/>
Figure FDA0004118318270000013
其中角度θ∈[0,π/2]为俯仰角，角度/>
Figure FDA0004118318270000014
为方位角；
步骤2)综合考虑阵元各向相异以及载体遮蔽效应，根据阵元局部方向图，建立共形极化阵列模型；
步骤3)得到
Figure FDA0004118318270000015
和/>
Figure FDA0004118318270000016
方向上的导向向量/>
Figure FDA0004118318270000017
和/>
Figure FDA0004118318270000018
以及主极化方向导向向量
Figure FDA0004118318270000019
和交叉极化方向导向向量/>
Figure FDA00041183182700000110
对应的空域响应分别为/>
Figure FDA00041183182700000111
Figure FDA00041183182700000112
步骤4)由主极化导向向量
Figure FDA00041183182700000113
和交叉极化导向向量/>
Figure FDA00041183182700000114
得到输出信噪比Pout：
Figure FDA00041183182700000115
步骤5)对主波束指向和极化方式、旁瓣电平、交叉极化电平以及凹陷区域进行约束，基于最大输出信噪比，结合相关约束构造共形极化阵发射方向图赋形凸优化模型；
步骤6)确定凸优化模型参数；
步骤7)求解凸优化模型，得到满足期望发射方向图的最优权向量。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，阵列的不透光性使得信号只能从模型外侧发出，所以根据天线本身特性，第n个阵元的
Figure FDA00041183182700000116
和/>
Figure FDA00041183182700000117
极化方向图分别为：
Figure FDA00041183182700000118
其中，
Figure FDA00041183182700000119
是在第n个阵元的局部坐标系下的指向。这里我们是通过欧拉旋转来实现全局坐标系和局部坐标系之间的转换的；
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，输出信噪比中
Figure FDA00041183182700000120
在约束/>
Figure FDA00041183182700000121
及/>
Figure FDA00041183182700000122
下可以近似看作常数，所以输出信噪比最大化，也就是wHw最小化；
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述共形极化阵发射方向图赋形凸优化模型为：
Figure FDA0004118318270000021
其中，ΩS、ΩM、ΩN、ΩP分别为旁瓣区域角度范围、主瓣区域角度范围、凹陷区域角度范围、极化约束角度范围。τ、ε、ρ、μ为待求参数；
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，得到所述模型待求参数的具体方法为先不考虑输出信噪比的约束，而是递进求出各参数在相互约束下的理论最优值，待选出合理的参数值后再基于输出信噪比最大化约束进行最终权向量的求解；
6.如权利要求1所述方法，其特征在于，该算法在任何共形阵列以及任何极化方式下均适用，具有一定的普遍性；且由于考虑了最大化信噪比输出，信噪比性能得到了改善；
CN202310225632.7A 2023-03-10 2023-03-10 基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形算法 Pending CN116224240A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310225632.7A CN116224240A (zh) 2023-03-10 2023-03-10 基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形算法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310225632.7A CN116224240A (zh) 2023-03-10 2023-03-10 基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形算法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116224240A true CN116224240A (zh) 2023-06-06

Family

ID=86582237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310225632.7A Pending CN116224240A (zh) 2023-03-10 2023-03-10 基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形算法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116224240A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116886142A (zh) * 2023-06-28 2023-10-13 电子科技大学 大规模非规则共形阵的精确矢量波束赋形方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116886142A (zh) * 2023-06-28 2023-10-13 电子科技大学 大规模非规则共形阵的精确矢量波束赋形方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang Range-angle dependent transmit beampattern synthesis for linear frequency diverse arrays
CN103558594A (zh) 基于机载设备的相控阵波束合成方法
CN113660017A (zh) 一种irs辅助的双功能雷达通信系统的sinr最大化方法
CN114357767B (zh) 一种宽带宽角波束扫描的和差波束稀疏阵列综合方法
CN116224240A (zh) 基于最大输出信噪比的共形极化阵发射方向图赋形算法
CN106329152A (zh) 一种针对半球覆盖波束成形的阵列设计方法
Wang et al. Improved genetic algorithm for the configuration optimization of the sub arrays in phased array radar
CN113948870A (zh) 一种基于可重构超表面的物联网通信与感知方法
CN110535518A (zh) 一种宽波束发射波束形成优化设计方法
Syeda et al. Sparse MIMO array for improved 3D mm-wave imaging radar
CN102142609A (zh) 具有低旁瓣特性的子阵级自适应数字波束形成器
CN103037494A (zh) 多波束天线功率控制方法
CN113540791B (zh) 一种孔径级收发同时阵列优化方法
Enahoro et al. Massive multiple-input multiple-output antenna architecture for multiband 5G adaptive beamforming applications
CN112858994B (zh) 一种基于均匀圆阵的比幅测向方法
CN103248412B (zh) 一种卫星导航多波束形成的方法
CN114499615B (zh) 一种太赫兹通信系统中近远场统一的发射波束成形方法
CN114510879B (zh) 一种任意间隔直线阵列端射增强的相位配置方法
CN113255119B (zh) 基于非规则阵元重构的网络化雷达低栅副瓣波束优化方法
CN113466810B (zh) 一种车载雷达的天线参数确定方法
D'Urso et al. Reducing the number of amplitude controls in radar phased arrays
CN103579759B (zh) 一种实现阵列天线波束全向覆盖的方法
WO2021042484A1 (zh) 一种mimo雷达天线最优保护通道的生成方法
JP7059935B2 (ja) 無線通信機、制御方法及びプログラム
Okorochkov et al. The spatial separation of signals by the curvature of the wave front

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