一种改变辅助栅格圆半径来设计稀布圆形天线阵列的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及圆阵天线的优化设计，具体设及一种改变辅助栅格圆半径来设计稀布 圆形天线阵列的方法。
【背景技术】
[0002] 圆阵可W通过循环移动阵列激励，简单而灵活地操纵波束的方位，在俯仰方向上 也有一个理想的方向特性。同时，圆结构的对称性使其波束形状和天线增益等性能基本维 持平衡，并大体上保持互禪平衡。由于圆阵所具有的该些优势，使其正得到日益广泛的应 用，但是圆阵方向图却具有相对主瓣较高的旁瓣电平。近年来利用稀布阵列单元来降低旁 瓣电平的方法成为研究热点，但针对圆形半径上的研究还较少。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的，是提供一种栅格圆半径的优化方法来优化设计稀布圆阵，W降低 圆阵的峰值旁瓣电平。
[0004] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0005] 基于修正遗传算法的圆阵半径优化方法，其特征在于：在阵列孔径和最小阵元间 距的约束条件下，规定同一圆环上阵元间距相等，采用遗传算法，对稀布同屯、圆环阵列的半 径进行优化，获得较低的峰值旁瓣电平，详细步骤如下：
[000引 （1)将优化变量而二[r0，ri，…，rj作为种群中的个体化为圆环个数），因为阵 元间距需大于等于屯(屯为约束的最小阵元间距），所W圆环半径需满足：
[0007] m=rn-i+dc+An，（1)
[0008]其中r〇= 0, 0 < A n<入/2, 1《n《H,和r H< 0. 5L L/ (2d C+入）< H < L2dc, L 是约束的圆环孔径。
[0009] 在满足公式（1)的条件下随机产生S个r。，由该样的S组[r。，r。r2,…，r。，…，rj 组成S个个体而，形成了初始种群R。 ；<, , H()
[0010] (2)假如选定修正种群中第i个和第j个个体的第n号基因，且满足：
[0011] 则可进行交叉操作，交叉作用后的两个新的个体为：
[001引而=so;rt[0, R…Rgi,…，Rnj,…，Rhi]
[001引做
[0014] Rj= so;rt [0, RU,Rgj，…，R",…，Rhj].
[0015] 假如选定第1个个体的第z号基因进行变异，则变异作用后的新的个体为 [001引R'1= soi't[0，Ru，R2i，…，R(z-i)i，C，R(Z+1)1，…，Rhi]. (4)
[0017] 式中随机数弓e脚0.54且dc《U-Rul<A，0《i《H且i声z。发生交叉和变 异的基因数由事先给定的交叉率和变异率决定。
[0018] (3)经过交叉和变异操作得到的种群为：
[0019] R' = [R' 1，R' 2，…，R'S，…，R'S]
[0020] (5)
[00引]R's= [0,Rsl，氏2，…，Rsn…，RJ.
[0022] 已知半径（种群个体）和屯(屯为第n个圆环上的阵元间距），则N。可表示为：
[0023]
化）
[0024] 因为阵元的数目必须是整数，所W公式化）中的值在23iRsyd。周围。为了使得 屯>d。，使阵元间距足够大，所W向下取整。
[002引根据=2刮0",能够被计算出来，因此能够得阵元的位置 h,cos扣M，7;,sin扣V)。
[002引 （4)将阵元位置与圆环半径代入公式（7):
[0027]
[002引得到阵列因子F(u，V)，再将所得的阵列因子代入公式巧）：
[0029]
[0030] 求得稀布同屯、圆环阵列的峰值旁瓣电平（P化L)。然后采用截断选择法，并根据截 断阀值选择个体，选择较低PSLL的个体，并用较低PSLL的个体取代较高的PSLL的个体，由 此产生新种群。新种群再依次进行交叉，变异和选择，进行迭代，直到达到最大遗传代数，迭 代结束，得到最优个体。
[0031] 本发明适用于各种圆环阵列的优化，获得较低的峰值旁瓣电平。一方面，运用修正 遗传算法，克服了经典的遗传算法的二进制编码的缺点，具有更好的变异多样性，从而提高 了遗传算法的效率和精度。另一方面，约束同一圆环上的阵元间距对半径进行优化，减少了 遗传算法的捜索空间，降低了优化的计算量和模型的复杂性，有效的改善了峰值旁瓣电平。
【附图说明】
[0032] 图1是同屯、圆环阵列模型
[0033] 图2是优化后的稀布同屯、圆环阵列方向图（N= 201)
[0034] 图3是优化后的稀布同屯、圆环的阵元分布图（N= 201)
[003引图4是优化后的稀布同屯、圆环的阵列方向图（N= 142)
[0036] 图5是优化后的稀布同屯、圆环的阵元分布图（N= 142)
【具体实施方式】
[0037] 下面对本发明优化实施方式作详细说明。
[0038]W下给出本发明的仿真实例。由附图可知，本发明通过对两种情况的圆阵半径的 优化实例来证实其有效性。图1为同屯、圆环阵列的模型，第一个实例是本发明优化阵元数 为N= 201，种群数为S= 100,遗传代数为G= 200,最小阵元间距屯二0. 5A，圆环个数 为H= 7和孔径为L= 9. 96A的稀布同屯、圆环阵列。仿真优化结果在表1中，图2为其优 化后的阵列方向图，图3为其优化后的阵元分布图。第二个实例是本发明优化阵元数为N =142,种群数为S= 100,遗传代数为G= 200,最小阵元间距屯二0. 5入，圆环个数为H =6和孔径为L= 9. 4A的稀布同屯、圆环阵列。仿真优化结果在表1中，图4为其优化后 的阵列方向图，图5为其优化后的阵元分布图。
[0039] 表1实例一和实例二的仿真优化结果
[0040]
【主权项】
1. 一种改变辅助栅格圆半径来设计稀布圆形天线阵列的方法，其特征在于方法包括 以下步骤： (1) 在有辅助栅格圆个数和阵元间距有最小值的约束条件下，规定同一栅格圆环上阵 元的间距相等，根据公式确定辅助圆环半径的范围，优化变量是各个辅助圆环的半径，优 化目标是峰值旁瓣电平尽量低； (2) 利用修正遗传算法优化各圆环的半径，通过交叉，变异和选择，迭代输出最优的个 体，计算其峰值旁瓣电平。2. 如权利要求1所述的基于修正遗传算法的圆阵优化方法，其特征在于，所述的产生 初始种群的步骤如下： 将优化变量Ri= [r ，…，rH]作为种群中的个体（H为圆环个数），因为阵元间距需 大于等于cUd。为约束的最小阵元间距），所以圆环半径需满足： rn= Tn-^dc+Δη· (I) 其中 r0= 0, O < Δ η< λ /2, 1 彡 η 彡 H，和 r H< 0· 5L，lV(2d c+ λ ) < H < L/2dc，L 是 约束的圆环孔径，在满足公式（I)的条件下随机产生S个rn，由这样的S组[Γ(ι，Γι，r 2，… ，rn,…，rH]组成S个个体Ri,形成了初始种群R。3. 如权利要求1所述的修正遗传算法优化半径，步骤如下： (1) 在权利2所述的初始种群中，假如选定种群中第i个和第j个个体的第η号基因， 且满足： 则可进行交叉操作，交叉作用后的两个新的个体为： Ri = sort [0, R u，R2i，…，Rnj,…，Rm] (3) Rj= sort [0, R u，R2j, ···, Rni, ···, Rhj]. 假如选定第1个个体的第z号基因进行变异，则变异作用后的新的个体为 R' 1= sort [0, R u，R21，…，R(z_m，ξ，R (z+i)I? , Rhi ]· (4) 式中随机数ξ￡(〇,〇.54且d。彡I ξ-Rj < λ，〇彡i彡H且i乒ζ，发生交叉和变异的 基因数由事先给定的交叉率和变异率决定； (2) 经过交叉和变异操作得到的种群为： R，= [R，"尺，2，…，R，S，...，R，s] (5) Rrs= [0, Rsl, Rs2, ―, Rsn-, RJ. 已知半径（种群个体）和dn(第η个圆环上的阵元间距），则Nn可表示为：(6) 因为阵元的数目必须是整数，所以公式（6)中的值在2 π Rsn/dn周围，为了使得dn> d。， 使阵元间距足够大，所以向下取整，根据K t能够被计算出来，因此能够得阵 元的位置.(^ C0S?W, sillIv); (3)将阵元位置与圆环半径代入公式（7):得到阵列因子F(u，V)，再将所得的阵列因子代入公式（8):求得稀布同心圆环阵列的峰值旁瓣电平（PSLL)。然后采用截断选择法，并根据截断阀 值选择个体，选择较低PSLL的个体，并用较低PSLL的个体取代较高的PSLL的个体，由此产 生新种群。新种群再依次进行交叉，变异和选择，进行迭代，直到达到最大遗传代数，迭代结 束，得到最优个体。
【专利摘要】本发明公开一种改变辅助栅格圆半径来设计稀布圆形天线阵列的方法，包括以下步骤：(1)约束同一栅格圆环上阵元的间距，根据公式确定圆环半径的范围，随机产生S个个体，形成初始种群；(2)利用遗传算法优化圆环半径，通过交叉，变异和选择，迭代输出最优的个体，计算其峰值旁瓣电平。本发明改进了现有圆阵综合方法中轨迹圆半径和轨迹圆上阵元数分阶段优化的不足，实现了全部阵元的联合优化，获得了更低的峰值旁瓣电平，降低了优化的计算量和模型的复杂性。
【IPC分类】H01Q1/36, H01Q21/00
【公开号】CN104900988
【申请号】CN201510262698
【发明人】陈客松, 朱永芸, 倪霄龙, 常全付
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月21日