基于差分进化算法的含互耦时间调制阵列综合方法技术

基于差分进化算法的含互耦时间调制阵列综合方法，涉及天线。根据系统应用指标确定时间调制直线阵列的阵元数目、单元形式、阵元间距、中心频率、时间调制频率，设置目标参数；全波电磁仿真得到N单元时间调制直线阵列中每个单元天线的有源单元方向图；展开后得可利用FFT加速计算的含互耦时间调制阵列方向图表达式；将静态激励幅度和脉冲持续时间作为优化变量，将中心频率f0处辐射场方向图的最大副瓣电平和第一边带f0+fprf处辐射场方向图的最大电平作为优化目标，对时间调制直线阵列辐射方向图优化，得各天线单元静态激励幅度值An和脉冲持续时间τn；根据An和τn，计算最终优化所得时间调制直线阵列辐射方向图。

Synthesis method of time varying modulation array with mutual coupling based on differential evolution algorithm

A method based on differential evolution algorithm for mutual coupling time modulation array synthesis. According to the determination of the number of array elements, time modulated linear array system application index of element type, element spacing, center frequency, time frequency modulation, set the target parameters to obtain the antenna; each unit N unit time modulated linear array of active element to map the full wave electromagnetic simulation; after the start can accelerate the computation with mutual coupling the time modulation array expression by FFT; the static excitation amplitude and pulse duration as optimization variables, the center frequency of F0 radiation field maximum sidelobe pattern and the side band f0+fprf radiation field to the maximum level of the graph as the optimization goal, the radiation time modulated linear array pattern optimization, too the antenna unit static excitation amplitude value An and pulse duration n; according to An and N, calculate the final optimization of radiation from time modulated linear array diagram .

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及天线，尤其是涉及一种基于差分进化算法的含互耦时间调制阵列综合方法。
技术介绍
与传统天线阵列相比，时间调制阵列能实现更低的静态激励幅度动态比，在低/超低副瓣方向图综合中具有较大的优势，近年来引起了较多关注。关于时间调制阵的研究主要包括降低副瓣电平和边带抑制、零点扫描、波束指向控制、信号来波方向估计等。目前，差分进化算法、粒子群算、遗传算法较多应用于时间调制阵列的综合中。这些研究大都建立在阵列单元为各项同性的基础上。实际上，阵列方向图的副瓣电平受阵元间互耦效应的影响较大。近年来，越来越多的研究在阵列天线方向图综合中考虑互耦的效应。例如，Pozar等人(PozarD.M.“Theactiveelementpattern.”IEEETransactionsonAntennasandPropagation,1994,42(8):1176-1178.)提出将有源单元方向图方法用于计算含阵元耦合的阵列方向图；P.Darwood等人(P.Darwood,P.N.Fletcher,andG.S.Hilton,“Mutualcouplingcompensationinsmallplanararrayantennas.”IEEProc.Microw.AntennasPropag,1998,145(1):1-6)综合了含阵元互耦效应的时间调制平面阵列的方向图；ShiwenYang等人(ShiwenYang,ZaipingNie.“MutualCouplingCompensationinTimeModulatedLinearAntennaArrays.”IEEETransactionsonAntennasandPropagation,2005,53(12):4182:4185)中提出将互耦补偿方法应用到时间调制直线阵列中，将实际测量的单元方向图用于方向图的优化，所得的方向图与实际测量的方向图吻合较好。中国专利201410605142.0公开了一种基于时间调制阵列的波束赋形方法，主要解决现有时间调制阵列优化变量多，波束赋形速度慢，寻优能力差，易陷入局部最优解的问题。该专利技术使用人工蜂群算法优化第一边带频率方向图得到脉冲起始时刻以及脉冲持续时间，能减少因优化不同频率方向图所需的变量个数，且收敛速度快、全局寻优能力强、易跳出局部最优解，可满足时间调制阵列对波束赋形的需求。中国专利201410675266.6公开了一种基于时间调制共形相控阵列的快速方向图综合方法，主要解决现有时间调制共形相控阵列方向图综合速度慢，运算量大，稳定性不高，无法用于实时计算平台的问题。该专利技术使用交替投影方法对根据目标参数分步优化直线阵列中心频率和第一边带频率方向图得到阵列最终激励，能减少运算量，缩短优化时间，提高稳定性，能实现时间调制共形相控阵列的快速方向图综合。以上研究，未曾考虑到实际含互耦效应的时间调制阵列的快速计算问题，当采用例如差分进化算法优化时间调制阵列辐射方向图时，在进化过程中需要大量反复的计算中心频率和边带方向图，计算时间较长，因考虑时间调制阵的互耦效应，各阵元的有源方向图不相同，无法提取阵列因子，不能采用快速傅里叶变换(FFT)对阵列方向图进行快速计算。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供基于差分进化算法的含互耦时间调制阵列综合方法。本专利技术包括以下步骤：1)根据系统应用指标确定时间调制直线阵列的阵元数目、单元形式、阵元间距、中心频率、时间调制频率，设置目标参数；2)全波电磁仿真得到N单元时间调制直线阵列中每个单元天线的有源单元方向图gn(u)(n＝1,…,N)，其中u＝sinθ，θ是空间俯仰角；3)将各单元的有源单元方向图展开，得到可利用FFT加速计算的含互耦时间调制阵列方向图表达式；4)将静态激励幅度和脉冲持续时间作为优化变量，将中心频率f0处辐射场方向图的最大副瓣电平和第一边带f0+fprf处辐射场方向图的最大电平作为优化目标，使用差分进化算法对时间调制直线阵列辐射方向图进行优化，得到满足优化目标的各天线单元静态激励幅度值An和脉冲持续时间τn；5)根据优化所得的各天线单元静态激励幅度值An和脉冲持续时间τn，计算最终优化所得时间调制直线阵列辐射方向图。在步骤1)中，所述目标参数包括但不限于中心频率f0处辐射场方向图的最大副瓣电平期望值SLLd、第一边带f0+fprf处辐射场方向图的最大电平期望值SBLd、静态激励幅度值An的搜索范围、脉冲持续时间τn的搜索范围。本专利技术将最小均方有源单元方向图展开方法应用于含阵元互耦效应的等间隔时间调制阵列方向图综合问题。本专利技术的设计思路是将实际阵列中每个有源单元方向图都等效为虚拟阵列中几个相邻阵元辐射的叠加，并采用最小均方误差准则计算有源单元方向图展开的耦合系数，得到可利用FFT加速计算的含互耦时间调制阵列方向图表达式。本专利技术的优点和技术效果在于：本专利技术可以对含阵元互耦及平台效应的等间隔时间调制阵的方向图使用FFT进行快速计算，并且，本专利技术与差分进化算法相结合，可以有效地对含阵元互耦效应的时间调制阵列方向图进行优化。本专利技术在综合了等间隔偶极子阵列的聚焦波束方向图后，结果证明了本专利技术可以有效地减少考虑阵元互耦情况下的运算量，提高优化速度，能实现含互耦时间调制直线阵列的快速方向图综合。附图说明图1是本专利技术的实现流程图。图2是本专利技术的有源单元方向图展开示意图。图3是本专利技术的实施例归一化静态激励幅度分布结果图。在图3中，横坐标为天线单元，纵坐标为归一化激励幅度。图4是本专利技术的实施例归一化脉冲持续时间分布结果图。在图4中，横坐标为天线单元，纵坐标为归一化脉冲持续时间。图5是本专利技术的实施例优化所得时间调制线阵辐射方向图。在图5中，横坐标为俯仰角(度)，纵坐标为归一化辐射方向图(dB)；曲线a为中心频率f0，曲线b为第一边带f0+fprf。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术的实现流程图和具体实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。参照图1，本专利技术给出一种具体实施例，其实施步骤如下：步骤一：根据系统应用指标，确定时间调制直线阵列的阵元数目N＝32，单元天线均为偶极子天线，中心频率f0＝3GHz，时间调制频率fprf＝1MHz，阵元间距d＝0.5λ，λ为中心频率处的波长；设置目标参数：中心频率f0处辐射场方向图的最大副瓣电平期望值SLLd＝-50dB，第一边带f0+fprf处辐射场方向图的最大电平期望值SBLd＝-32.2dB，静态激励幅度值An的搜索范围为[0.252,1]、脉冲持续时间τn的搜索范围为[0.06,1]；步骤二：全波电磁仿真得到N单元时间调制直线阵列中每个单元天线的有源单元方向图gn(u)(n＝1,…,N)，因阵列单元间存在互耦效应，各单元的有源单元方向图存在差异，无法提取阵列因子以使用FFT进行快速计算。步骤三：将各单元的有源单元方向图展开，得到可利用FFT加速计算的含互耦时间调制阵列方向图表达式；(3a)将各单元的有源单元方向图gn(u)展开为附近4个虚拟单元理想方向图的加权叠加，如图2所示：其中，gs(u)是对所有有源单元方向图的平均方向图，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于差分进化算法的含互耦时间调制阵列综合方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据系统应用指标确定时间调制直线阵列的阵元数目、单元形式、阵元间距、中心频率、时间调制频率，设置目标参数；2)全波电磁仿真得到N单元时间调制直线阵列中每个单元天线的有源单元方向图gn(u)(n＝1,…,N)，其中u＝sinθ，θ是空间俯仰角；3)将各单元的有源单元方向图展开，得到可利用FFT加速计算的含互耦时间调制阵列方向图表达式；4)将静态激励幅度和脉冲持续时间作为优化变量，将中心频率f0处辐射场方向图的最大副瓣电平和第一边带f0+fprf处辐射场方向图的最大电平作为优化目标，使用差分进化算法对时间调制直线阵列辐射方向图进行优化，得到满足优化目标的各天线单元静态激励幅度值An和脉冲持续时间τn；5)根据优化所得的各天线单元静态激励幅度值An和脉冲持续时间τn，计算最终优化所得时间调制直线阵列辐射方向图。

【技术特征摘要】
1.基于差分进化算法的含互耦时间调制阵列综合方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据系统应用指标确定时间调制直线阵列的阵元数目、单元形式、阵元间距、中心频率、时间调制频率，设置目标参数；2)全波电磁仿真得到N单元时间调制直线阵列中每个单元天线的有源单元方向图gn(u)(n＝1,…,N)，其中u＝sinθ，θ是空间俯仰角；3)将各单元的有源单元方向图展开，得到可利用FFT加速计算的含互耦时间调制阵列方向图表达式；4)将静态激励幅度和脉冲持续时间作为优化变量，将中心频率f0处辐射场方向图的最大副瓣电平和第一边带f0+fprf处辐射场方向图的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颜回，廖海艳，徐开达，叶龙芳，黄鑫，柳清伙，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35