面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法与流程

技术特征：

1.一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)根据平面矩形栅格阵列天线的基本结构，确定天线的结构参数以及电磁参数，确定出稀疏排布阵列天线的稀疏排布矩阵，并给出该稀疏排布阵列天线的初始激励幅度加权方案；

(2)计算稀疏排布矩阵中相邻的两个辐射单元在目标处的辐射场空间相位差，进而得到稀疏排布阵列天线的辐射场口面相位误差；

(3)结合稀疏排布矩阵中天线单元的辐射单元方向图和初始激励幅度加权方案，分别计算在激励幅度加权方案下该稀疏排布阵列天线的辐射场方向图；

(4)根据稀疏排布阵列天线的辐射场方向图函数，分别计算在激励幅度加权方案下该稀疏排布阵列天线的增益方向图函数，并最终由增益方向图函数计算稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平；

(5)根据天线设计要求，判断当前所有激励幅度加权方案下稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平中是否有满足低副瓣要求的，如果有满足要求的，则最大副瓣电平最低的那个激励幅度加权方案即为实现阵列天线辐射场低副瓣的最优激励幅度加权方案；否则，根据所有方案中计算得到的最低的最大副瓣电平值，通过选择、交叉和变异的方法更新阵列天线单元的激励幅度加权方案，重复步骤(2)至步骤(4)，直到满足要求为止。

2.根据权利要求1所述的一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，步骤(1)中，天线的结构参数包括阵面辐射单元的行数M、列数N和阵元间距；电磁参数包括天线的工作频率f及其工作波长λ。

3.根据权利要求1所述的一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，步骤(1)中，确定出稀疏排布阵列天线的稀疏排布矩阵，包括：

稀疏排布阵列天线的稀疏性用一个按天线单元位置编号存储“0”或“1”的矩阵T来表示，“0”代表该位置上无天线单元，“1”代表该位置上有天线单元；

根据该稀疏排布阵列天线的稀疏矩阵T，随机确定出100种初始的激励电流幅度分布方案，每种方案都是一个与天线阵同样维度的二维矩阵I，即这样的激励电流幅度分布矩阵I共有100个，分别记为I₁,I₂,...,I₉₉,I₁₀₀。

4.根据权利要求1所述的一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，步骤(2)按如下过程进行：

(2a)假设一个稀疏排布阵列天线，在其为满阵时共有M×N个天线单元按照等间距矩形栅格排列，天线单元在x向和y向的间距分别是d_x和d_y，目标相对于坐标系O-xyz所在的方向以方向余弦表示为(cosα_x，cosα_y，cosα_z)，则目标相对于坐标轴的夹角与方向余弦的关系为：

(2b)对于在满阵情况下的阵列天线，其第(m,n)个天线单元的设计坐标为(m·d_x,n·d_y,0)，所以天线相邻两辐射单元间在目标处沿x轴、y轴和z轴的辐射场空间相位差分别为：

其中，辐射场空间波常数k＝2π/λ，λ为工作波长，k为辐射场空间波常数，n、m分别为当前计算的天线单元所在列和行的数值，x₀₀、y₀₀分别为位于坐标原点的天线单元的x方向和y方向坐标；

而第(0,0)个天线单元的实际坐标为(0,0,0)，因此第(m,n)个天线单元相对于第(0,0)个天线单元的辐射场相位差为：

(2c)将阵面内每个天线单元相对与参考天线单元(0,0)的相位差按其位置编号存储在一个矩阵相应的位置上，该矩阵即表示此稀疏排布天线口面的辐射场相位差。

5.根据权利要求4所述的一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，步骤(3)按如下过程进行：

(3a)应用步骤(1)得到的表示天线稀疏性的矩阵T，以及步骤(2b)得到的天线辐射场口面相位差ΔΦ_mn，根据方向图乘积原理和阵列天线远场叠加原理，可以得到稀疏排布阵列天线辐射场方向图函数为：

其中，为天线单元在自由空间的方向图，I(m,n)为激励电流幅度分布矩阵I的第m行第n列元素即第(m,n)个天线单元激励电流幅度，T(m,n)为矩阵T的第m行第n列元素，j为一个虚数，

(3b)利用步骤(3a)得到的稀疏排布阵列天线远场方向图函数，计算出天线远场区域某点的电场值；改变的数值，重复计算过程，得出远场区域某个具体范围内的所有点的电场值，将场值取对数，计算出稀疏排布阵列天线远场某区域范围的方向图。

6.根据权利要求1所述的一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，步骤(4)按如下过程进行：

(4a)根据稀疏排布阵列天线辐射场方向图函数利用下列公式，可以计算得到稀疏排布阵列天线辐射场的增益方向图函数

(4b)根据增益方向图函数计算出当前激励电流幅度分布下稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平值PSLL；

阵列天线副瓣电平即增益方向图中的各个拐点对应的增益值；对于平面，为得到增益方向图函数的拐点，令方向图函数的一阶导数为零，二阶导数小于零，即

其中，θ^p＝[θ¹,θ²…θ^P]为辐射方向图中除主瓣外的各个拐点对应的方位角，P为辐射方向图中的拐点总数；

由此得到辐射方向图中的各个副瓣为：

θ^p＝[θ¹,θ²…θ^P]

从而得到辐射方向图中的最大副瓣电平为：

其中为第当前激励电流幅度分布下稀疏排布阵列天线的平面辐射场最大副瓣电平对应的方位角。

7.根据权利要求1所述的一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，步骤(5)按如下过程进行：

(5a)判断在当前激励电流幅度分布下稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平PSLL是否能满足所要实现的稀疏排布阵列天线的最大副瓣电平值PSLL^D，

PSLL<PSLL^D

若满足，那么当前激励电流幅度分布即为可实现稀疏排布阵列天线辐射场低副瓣的激励电流幅度分布方案；若有多种激励电流幅度分布方案满足低副瓣要求，那么在这些方案中，最大副瓣电平值最低的激励电流幅度分布方案即使最优的激励电流幅度分布；

(5b)若不满足要求，通过选择、交叉和变异的方法更新阵列天线单元的激励幅度加权方案。

8.根据权利要求7所述的一种面向低副瓣的稀疏排布阵列天线激励电流幅度的确定方法，其特征在于，所述通过选择、交叉和变异的方法更新阵列天线单元的激励幅度加权方案，通过下述方法实现：

取适应度函数为fitness＝|PSLL|，得到所有激励电流幅度分布方案下的适应度函数值；根据适应度函数值进行选择操作，保留适应度函数值高的激励电流幅度分布方案，选择保留的激励电流幅度分布方案占所有激励电流幅度分布方案的30％，剩余的激励电流幅度分布方案用作交叉和变异操作；

定义交叉率为

按照交叉率C对经过选择的激励电流幅度分布矩阵I进行交叉操作；将已经过选择的激励电流幅度分布方案两两配对，根据交叉率C对每组激励电流幅度分布方案产生四个交叉点x1、x2、y1、y2，分别取两两配对的激励电流幅度分布矩阵I的x1列与x2列、y1行与y2行包围的元素进行交换；

定义变异率为

其中，ω₁、ω₂为加权系数；

按照交叉率V对经过选择的激励电流幅度分布矩阵I进行变异操作；对已经过选择的每个激励电流幅度分布矩阵I的元素进行二进制编码，根据变异率V分别对已经过选择的每个激励电流幅度分布矩阵I产生三点x3、y3和z，将当前的激励电流幅度分布矩阵I的x1列、y1行处的元素的第z位取反；最后再将所有二进制元素转换为十进制数。