本发明属于阵列天线设计，特别涉及一种唯相位稀疏方向图综合方法，可用于需要控制辐射模式的高级通信和大规模天线系统。
背景技术：
1、阵列天线因其高方向性和波束可控性的特点具有动态地改变波束的形状和方向的能力，基于阵列天线的唯相位方向图综合在许多应用中受到广泛的关注，现阶段对于唯相位方向图综合技术的研究，主要通过传统优化算法与智能进化算法进行方向图综合，但传统优化算法结果强烈依赖于初始值，智能进化算法计算速度较慢，且对硬件要求高。研究针对唯相位方向图综合方法，对于解决雷达系统、无线通信、航天和卫星系统、无人机系统、声学成像等场景的方向图综合慢且误差大的难题具有重要的意义。
2、在天线阵列设计中，元件间的相互耦合是重要因素，可能导致阵列性能与预期出现显著差异，从而限制了阵列在实际应用中的准确性和有效性。一方面，针对唯相位稀疏方向图综合问题，现有方法主要通过解析法、优化算法和数值优化与反演方法实现，但解析法在控制阵列副瓣电平方面存在局限性，智能进化算法优化效率偏低，数值优化与反演方法无法同时满足高效率和优秀的辐射性能指标。另一方面现有考虑互耦效应的唯相位方向图综合方法计算复杂度高，且受不同耦合条件限制，算法适用性差。研究针对考虑互耦效应的唯相位稀疏方向图综合方法，对于解决实际工程应用中方向图综合与理论存在误差的问题具有重要的意义。
3、申请公布号为cn106650104a的专利文献公开了一种考虑互耦效应的宽带非频变稀疏阵列综合方法。该方法采用迭代加权一范数优化方法来解决多重限制条件，包括空间响应限制、副瓣电平上限和期望方向限制，选用迭代二阶锥规划进行优化。这种方法在确保目标工作频段内保持低副瓣电平和主瓣的非频变性能的同时，有效减少了阵元数量，降低了硬件复杂度和工程成本。此外，该方法还考虑了电磁互耦效应，有效避免了由于耦合引起的系统误差，提高了天线系统在实际应用中的可靠性和性能。但该方法依然存在以下三方面的不足：
4、一是其稀疏度由选择的初始值与优化路径决定，用户无法直接选择所需要的稀疏度；
5、二是其稀疏性能较差，优化后的阵列稀疏度较高；
6、三是其需要优化各单元馈电输入的幅度与相位，计算复杂度高，且实际工程中需要复杂的馈电网络设计，成本高；
7、上述不足导致该方法不能适用于广泛的方向图综合场景。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种考虑互耦效应的唯相位稀疏方向图综合方法，以提高方向图综合的精度，提高稀疏算法的效率，扩大方向图综合场景，提升其泛用性。
2、实现本发明目的的技术思路是：通过互耦校正矩阵修正方向图数据，避免互耦效应对阵列性能的影响，提升方向图综合精度；基于协同admm算法与迭代优化技术求解馈电矢量，通过改变主瓣电平以控制阵列稀疏度逼近目标稀疏度，实现唯相位稀疏方向图综合的高效精确计算。
3、根据上述思路，本发明方案的实现步骤包括如下：
4、(1)根据方向图综合的目标形式，设置方向图采样角度域范围分别获取阵列中n个天线单元的阵中方向图数据其中p＝1,2,...,i，i为俯仰向采样点数；q＝1,2,...,j，j为方位向采样点数；
5、(2)获取与综合阵列具有相同结构的理想全向天线阵列方向图数据b，根据该阵列方向图数据b和阵中方向图数据建立n个维度为i×j的天线单元互耦校正矩阵c，并利用天线单元互耦校正矩阵c对阵中方向图数据进行修正，得到修正后的阵中方向图数据a；
6、(3)基于方向图综合的目标形式与输入电平uin，构建对应角度域范围的维度为i×j的方向图综合约束条件函数，包含上界约束函数u与下界约束函数l；
7、(4)定义天线阵列n个单元的馈电矢量w，构造唯相位稀疏方向图综合的数学表达式：
8、
9、
10、其中，w＝[w1,w2,...,wn,...,wn]，表示天线阵列第n个单元的馈电矢量，an表示天线阵列第n个单元的馈电幅度，φn表示天线阵列第n个单元的馈电相位，n＝1,2,...,n,n表示天线阵列单元个数，|| ||1表示1-范数；
11、(5)定义主瓣域辅助变量x＝w，副瓣域辅助变量y＝anhw，引入维度为n×1的x的对偶变量μ、维度为i×j的y的对偶变量λ和两个惩罚因子ρ1、ρ2，基于唯相位稀疏方向图综合的数学表达式构建增广拉格朗日函数l(a,φ,x,y,λ,μ)：
12、
13、其中，[ ]h表示共轭转置，|| ||2表示2-范数；
14、(6)设置最大迭代次数t，设置天线阵列的馈电矢量w、x的对偶变量μ、y的对偶变量λ的初值，根据副瓣域辅助变量y(t)、主瓣域辅助变量x(t)、天线阵列的馈电矢量w(t)、x的对偶变量μ(t)、y的对偶变量λ(t)分别迭代求解当前的y(t+1)、x(t+1)、w(t+1)、μ(t+1)、λ(t+1)，其中t表示当前迭代次数，t＝1,2,...,t；
15、(7)重复步骤(6)，直到达到最大迭代代数t或当前的副瓣域辅助变量y(t+1)、主瓣域辅助变量x(t+1)与天线阵列的馈电矢量w(t+1)满足终止条件：||y(t+1)-anw(t+1)||∞≤δ，||x(t+1)-w(t+1)||∞≤δ，获得当前输入电平uin下的唯相位稀疏方向图综合的天线阵列的馈电矢量w与阵列单元稀疏数：nw＝||w||0，其中，|| ||∞表示无穷范数，|| ||0表示0-范数，δ表示公差参数；
16、(8)更新输入电平uin，重复步骤(3)～(7)直到nw＝m，m表示目标稀疏数，获得唯相位稀疏方向图综合的天线阵列的馈电矢量w与唯相位稀疏方向图综合的阵列方向图数据w。
17、本发明与现有技术相比，具有如下的优势：
18、第一，本发明通过互耦校正矩阵修正方向图数据，能够解决互耦效应对阵列性能的影响，避免阵列性能与预期出现显著差异，提高方向图综合实际应用中的准确性和有效性；
19、第二，本发明通过灵活地改变输入电平控制阵列稀疏度逼近目标稀疏度，可自主选择所需要的稀疏度，提高稀疏方向图综合的效率；
20、第三，本发明通过引入上界约束函数u与下界约束函数l，可灵活地选择所需方向图综合目标形式，提高方向图综合的适用性。
1.一种考虑互耦效应的唯相位稀疏方向图综合方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中获取阵列中n个天线单元的阵中方向图数据表示如下：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中获取与综合阵列具有相同结构的理想全向天线阵列方向图数据b，表示如下：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中利用与综合的阵列结构相同的理想全向天线阵列方向图数据b与天线单元的阵中方向图数据建立天线单元互耦校正矩阵c，表示如下：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中利用天线单元互耦校正矩阵cn对第n个天线单元的阵中方向图数据维度进行修正，表示如下：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中构建维度为i×j的方向图综合上界约束条件函数u与方向图综合下界约束条件函数l,实现如下：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中迭代求解当前的天线阵列各单元馈电矢量w(t+1)的值，步骤如下：
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中分别迭代求解当前的x的对偶变量μ的值μ(t+1)和y的对偶变量λ的值λ(t+1)，公式如下：
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(8)中更新输入电平uin，获得唯相位稀疏方向图综合的天线阵列各单元馈电矢量w与唯相位稀疏方向图综合的阵列方向图数据w，步骤如下：