基于ADMM的相控阵扫描雷达稀疏阵列综合方法及装置与流程

本发明涉及信号处理，尤其涉及一种基于admm的相控阵扫描雷达稀疏阵列综合方法及装置。

背景技术：

1、相控阵雷达使用多个天线元件组成的阵列，通过调整天线之间的相位差来控制发射和接收信号的方向性。稀疏阵列相控阵雷达则是采用少量的天线元件来实现对信号发射和接送的方向控制。传统的稀疏阵列计算方法有酉矩阵束法、凸优化法和交替方向乘子法（简称admm）算法等，这些算法主要针对阵列0°指向的方向图进行优化，具体是将目标函数设为最小化天线数量x的范数，约束条件设为主瓣拟合给定方向图、旁瓣幅度小于指定电平。

2、由于现有技术的优化约束条件只参考了相对于阵列0°指向的方向图进行拟合，而在相控阵雷达系统中，需要控制阵元激励的相位进行波束扫描，以实现对不同方位目标的探测，在稀疏阵列进行波束扫描过程中会出现主瓣展宽，并出现电平较高的旁瓣，由于旁瓣的存在，在波束扫描时可能会降低角度分辨率，甚至出现角度模糊。因此，亟需一种在不同波束指向均有较好性能的相控阵扫描雷达稀疏阵列综合方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于admm的相控阵扫描雷达稀疏阵列综合方法及装置，旨在有效解决上述技术问题。

2、根据本发明的第一方面，本发明提供一种基于admm的相控阵扫描雷达稀疏阵列综合方法，包括：

3、构建以天线数量最小为目标的目标函数；

4、构建包括不同扫描角度下的方向图主瓣约束和旁瓣约束的约束条件；

5、根据所述目标函数以及所述约束条件，利用改进的admm进行求解，确定天线的最优稀疏阵列。

6、进一步，所述构建包括不同扫描角度下的方向图主瓣约束和旁瓣约束的约束条件的步骤，包括：

7、根据不同扫描角度下的主瓣方向范围内的等效阵列流型确定方向图的主瓣约束；

8、根据不同扫描角度下的旁瓣方向范围内的等效阵列流型确定方向图的旁瓣约束；

9、其中，所述约束条件还包括主瓣拟合误差约束和旁瓣电平约束；所述主瓣拟合误差约束为拟合得到的方向图主瓣和待拟合方向图主瓣之间的误差小于等于主瓣拟合误差阈值；所述旁瓣电平约束为旁瓣的幅度小于等于旁瓣幅度阈值。

10、进一步，所述构建以天线数量最小为目标的目标函数的步骤，包括：

11、构建天线与加权系数之间的乘积的l1范数并以天线数量最小为目标的目标函数。

12、进一步，在所述根据所述目标函数以及所述约束条件，利用改进的admm进行求解，确定天线的最优稀疏阵列的步骤之前，方法还包括：

13、利用拉格朗日乘子法对所述目标函数以及所述约束条件进行转化，获取增广拉格朗日形式的目标函数以及约束条件；

14、所述增广拉格朗日形式的目标函数包括天线的加权l1范数项、主瓣的增广拉格朗日项、旁瓣的增广拉格朗日项以及天线位置的增广拉格朗日项；所述增广拉格朗日形式的约束条件包括所述主瓣拟合误差约束和所述旁瓣电平约束；

15、所述根据所述目标函数以及所述约束条件，利用改进的admm进行求解，确定天线的最优稀疏阵列的步骤，包括：

16、根据所述增广拉格朗日形式的目标函数以及约束条件，利用改进的admm进行求解，确定天线的最优稀疏阵列。

17、进一步，所述根据所述增广拉格朗日形式的目标函数以及约束条件，利用改进的admm进行求解，确定天线的最优稀疏阵列的步骤，包括：

18、主瓣更新步骤，用于根据所述增广拉格朗日形式的目标函数中的主瓣的增广拉格朗日项以及当前的辅助变量和对偶变量对当前的辅助变量中的当前主瓣辅助变量进行更新，获取下一时刻的各个扫描角度下的主瓣辅助变量；所述当前的辅助变量包括当前主瓣辅助变量、当前旁瓣辅助变量、稀疏阵列中的当前天线位置和当前天线位置的辅助变量；

19、旁瓣更新步骤，用于根据所述增广拉格朗日形式的目标函数中的旁瓣的增广拉格朗日项以及当前的辅助变量和对偶变量对当前的辅助变量中的当前旁瓣辅助变量进行更新，获取下一时刻的各个扫描角度下的旁瓣辅助变量；

20、天线位置更新步骤，用于根据所述增广拉格朗日形式的目标函数中的天线的加权l1范数项、天线位置的增广拉格朗日项以及当前的辅助变量和对偶变量对当前的辅助变量中的当前天线位置进行更新，获取下一时刻的天线位置；

21、天线位置辅助变量更新步骤，用于根据主瓣的增广拉格朗日项、旁瓣的增广拉格朗日项以及天线位置的增广拉格朗日项中与天线位置辅助变量对应的相关项以及当前的辅助变量和对偶变量，对当前的辅助变量中的当前天线位置的辅助变量进行更新，获取下一时刻的天线位置的辅助变量；

22、对偶变量与残差更新步骤，用于根据主瓣的增广拉格朗日项、旁瓣的增广拉格朗日项以及天线位置的增广拉格朗日项中与对偶变量对应的相关项、所述增广拉格朗日形式的约束条件以及当前的辅助变量，对当前的对偶变量进行更新，获取下一时刻的对偶变量；同时，根据当前天线位置和下一时刻的天线位置，对当前的对偶变量的对偶残差和原始残差进行更新，获取下一时刻的对偶残差和原始残差；

23、最优解确定步骤，用于重复执行所述主瓣更新步骤至所述对偶变量与残差更新步骤，直至达到预设的迭代次数或所述下一时刻的对偶残差和原始残差满足预设的残差阈值，将最后一次更新得到的主瓣辅助变量、旁瓣辅助变量、天线位置以及天线位置的辅助变量作为最优解，基于所述最优解确定天线的最优稀疏阵列。

24、进一步，在所述最优解确定步骤之前，方法还包括：

25、在达到预设的迭代次数后，确定稀疏阵列的下一时刻的天线位置对应的激励；并在所述激励小于激励阈值的情况下，将所述激励进行置0处理，以获得新的下一时刻的天线位置对应的激励；

26、根据稀疏阵列的下一时刻的天线位置确定相邻阵元之间的阵元间距；

27、在所述阵元间距小于间距阈值的情况下，根据相邻阵元的位置和对应的复激励计算得到新的下一时刻的天线位置和对应的复激励。

28、进一步，在所述最优解确定步骤之前，方法还包括：

29、在达到预设的迭代次数后，根据稀疏阵列的当前天线位置确定最大阵元幅度值；

30、将阵元幅度小于最大阵元幅度值的二分之一的下一时刻的天线位置对应的激励赋值为第一幅度值，所述第一幅度值为常数；

31、将阵元幅度大于等于最大阵元幅度值的二分之一的下一时刻的天线位置对应的激励赋值为第二幅度值，所述第二幅度值根据最大阵元幅度值和当前天线位置的复激励计算得到。

32、根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种基于admm的相控阵扫描雷达稀疏阵列综合装置，包括：

33、目标函数构建模块，用于构建以天线数量最小为目标的目标函数；

34、约束条件构建模块，用于构建包括不同扫描角度下的方向图主瓣约束和旁瓣约束的约束条件；

35、求解模块，用于根据所述目标函数以及所述约束条件，利用改进的admm进行求解，确定天线的最优稀疏阵列。

36、根据本发明的第三方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的任一基于admm的相控阵扫描雷达稀疏阵列综合方法的步骤。

37、根据本发明的第四方面，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载以执行如上所述的任一基于admm的相控阵扫描雷达稀疏阵列综合方法的步骤。

38、通过本发明中的上述实施例中的一个实施例或多个实施例，至少可以实现如下技术效果：本发明提供的基于admm的相控阵扫描雷达稀疏阵列综合方法，将单方向图的主瓣、旁瓣约束拓展为综合多波束指向的方向图主瓣、旁瓣约束，基于拓展后的约束条件以及以天线数量最小为目标的目标函数，利用改进的admm算法进行求解，获得最优稀疏阵列，该最优稀疏阵列直供的天线位置能够保证波束在不同扫描角度下，均不会发生较大的方向图畸变，具有更好的稳定性。