一种一维双重冗余天线阵列及构造方法技术

本发明专利技术公开了一种一维双重冗余天线阵列及构造方法，构造方法包括：建立基于最小阵列冗余度的一维双重冗余天线阵列的设计模型；利用智能优化算法获得满足设计模型的多个第一天线阵列；根据所述第一天线阵列的相邻阵元间距分布情况对第一天线阵列扩展操作获得多个第二天线阵列；并将满足一维双重冗余天线阵列要求且阵列冗余度小的第二天线阵列作为第三天线阵列，根据所述第三天线阵列相邻阵元间距分布情况获得任意阵元数的一维双重冗余天线阵列。本发明专利技术提供的用于构造一维双重冗余天线阵列的方法，解决了单个阵元损坏情况下采样频率较大程度覆盖的问题，为综合孔径辐射计在微波毫米波辐射测量应用中的系统可靠性提供保障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微波遥感及目标探测
，更具体地，涉及一种一维双重冗余天线阵列及构造方法。
技术介绍
来源于射电天文中的“孔径综合技术”利用稀疏的小口径天线阵列实现对大孔径天线的“合成”，回避了微波遥感及目标探测领域中物理口径较大的实孔径天线制作困难的问题，从而获得了较高的空间分辨率。然而，当我们考虑综合孔径微波辐射测量系统的可靠性、稳定性时，尤其是系统工作在一些严酷的环境中，例如星载平台，需要在任意一个阵元损坏的情况下，仍能保证给定区域内的基线覆盖完整性。在星载平台等一类严酷的工作环境中，系统无法通过更换阵元或其他高成本投入的方式实现上述系统可靠性的要求。而已有的一维阵列一般不能满足所有基线冗余度都大于2，即rl(a)≥2,l＝1,2,…,L的要求，rl(a)为第l个基线的冗余度，影响了上述应用背景下的系统可靠性；并且满阵以及通过低冗余天线阵列的重复构造得到的阵列形式虽能保证基线覆盖完整性但不能兼并实现较高空间分辨率的系统性能指标。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提供一种一维双重冗余天线阵列及构造方法，旨在解决现有的天线阵列不能兼顾一个阵元损坏后天线阵列的基线覆盖率急剧降低和高空间分辨率的技术问题。为实现上述目的，作为本专利技术的一方面，本专利技术提供一种一维双重冗余天线阵列的构造方法，包括如下步骤：(1)根据一维双重冗余天线阵列的阵元数量和最大基线长度建立基于最小阵列冗余度的一维双重冗余天线阵列的设计模型；(2)利用智能优化算法获得满足所述基于最小阵列冗余度的一维双重冗余天线阵列的设计模型的多个第一天线阵列；(3)根据所述多个第一天线阵列的相邻阵元间距分布情况对第一天线阵列进行重复相邻阵元间距操作或进行调整相邻阵元间距长度并重复末端单位相邻阵元间距操作获得多个第二天线阵列；并将满足一维双重冗余天线阵列要求的第二天线阵列按阵列冗余度大小从小到大排列，选取前1％～30％的第二天线阵列作为第三天线阵列；(4)根据所述第三天线阵列的相邻阵元间距分布情况获得第四天线阵列；一维双重冗余天线阵列为任意基线长度l冗余度大于等于2的天线阵列，l∈[0,L]，L为天线阵列的最大基线长度；第一天线阵列为阵元数n1满足6≤n1≤11的一维双重冗余天线阵列，第二天线阵列为阵元数n2满足12≤n2≤23的天线阵列，第三天线阵列为阵元数n3满足12≤n3≤23的一维双重冗余天线阵列，第四天线阵列为任意规模的一维双重冗余天线阵列。本专利技术提供的双重冗余线阵的构造方法，构造基于最小阵列冗余度的一维双重冗余天线阵列的设计模型，由于设计模型中要求天线阵列的任意基线长度的冗余度均大于2，当该一维双重冗余天线阵列中任意一阵元损坏，一般只能导致多个基线长度的冗余度下降到1，能够保证基线长度的较大覆盖。同时由于设计模型要求天线阵列的阵列冗余度最小，即天线阵列的最大基线长度最大，能够实现天线阵列的分辨率高，通过对第一天线阵列进行重复相邻阵元间距对操作或进行调整相邻阵元间距长度并重复末端单位相邻阵元间距操作获得第二天线阵列，通过判断第二天线阵列是否满足一维双重冗余天线阵列的要求，获得第三天线阵列，根据第三天线阵列的相邻阵元间距分布获得任意规模的一维双重冗余天线阵列，提供了一种通用的任意规模的一维双重冗余天线阵列的构造方法。进一步地，一维双重冗余天线阵列的构造方法在步骤(4)之后还包括以下步骤：(5)根据第四天线阵列和循环差集获得第五天线阵列，第五天线阵列为冗余度降低的一维双重冗余天线阵列。进一步地，步骤(5)中，根据公式cr＝dq·v+bj得到第五天线阵列；式中，cr为第五天线阵列的第r个阵元，dq为第四天线阵列的第q个阵元，bj为循环差集中第j个元素，v为循环差集的模值，km为循环差集中互不同余的整数的个数，n4为第四天线阵列的阵元数，n4km为第五天线阵列的阵元数，1≤j≤km,1≤q≤n4,1≤r≤n4km。进一步地，步骤(1)中一维双重冗余天线阵列的设计模型为：rl(a)≥2,l＝1,2,…,L式中，a表示天线阵列，R(a)表示天线阵列a的阵列冗余度，a＝[a1,a2,…,an]，且0＝a1<a2<…<an，ai为天线阵列阵元的位置，1≤i≤n，n为天线阵列的阵元数，rl(a)表示基线长度为l的个数，l∈[0,L]，L为最大基线长度。进一步地，步骤(2)中根据粒子群算法获得第一天线阵列，包括如下步骤：(21)随机初始化Ms个粒子的位置向量X和速度向量V；(22)获取每个粒子所表示的天线阵列中所有基线冗余度小于2的基线个数，即为该粒子的适应度函数值；(23)根据每个粒子的适应度更新每个粒子局部最优位置向量；(24)根据每个粒子的适应度更新至今全局最优粒子位置向量；(25)判断迭代次数t是否达到设定最大迭代次数Ks，若是则将经过t次迭代后至今全局最优粒子位置向量作为第一天线阵列；否则，根据公式Vt+1＝wVt+c1η1(Pt-Xt)+c2η2(Gt-Xt)更新每个粒子的速度向量，根据公式Xt+1＝Xt+Vt+1更新每个粒子的位置向量，且令t＝t+1返回步骤(22)；其中，迭代次序t的初始值为1，1≤t≤Ks，1≤u≤Ms，Ks为设定最大迭代次数，Ms为粒子数量，w为惯性权重，每个粒子的位置向量代表一种一维天线阵列排布，且一维天线阵列阵元数在6和11之间，η1和η2均为[0,1]区间内均匀分布的伪随机数，c1和c2均为加速系数，c1∈[0,4]，c2∈[0,4]；Pt为经过t次迭代后每个微粒局部最优位置，Gt为经过t次迭代后全局最优位置，Xt为经过t次迭代后每个粒子的位置向量，Vt为经过t次迭代后每个粒子的速度向量。进一步地，步骤(3)中的获取较大规模一维双重冗余天线阵列的步骤具体为：(31)统计第一天线阵列中不同相邻阵元间距的排布位置和重复次数，确定可重复的相邻阵元间距和可调整长度的相邻阵元间距；(32)对第一天线阵列进行多次第一操作得到多个第二天线阵列，对第一天线阵列进行多次第二操作得到多个第二天线阵列，对第一天线阵列进行多次第一操作和多次第二操作得到多个第二天线阵列；(33)检验所有第二天线阵列是否满足一维双重冗余天线阵列要求，获取满足一维双重冗余天线阵列要求的第二天线阵列的阵列冗余度；(34)根据阵列冗余度的大小按照从小到大的顺序对满足一维双重冗余天线阵列要求的第二天线阵列进行排序，选取前1％～30％的第二天线阵列作为第三天线阵列；第一操作为重复可重复的相邻阵元间距多次；第二操作为调整可调整长度的相邻阵元间距长度，并重复位于末端的单元相邻阵元间距多次。通过统计第一天线阵列的相邻阵元间距分布，对第一天线阵列进行扩展，获得第二天线阵列同时通过检验经过扩展获得第二天线阵列是否满足一维双重冗余天线阵列的要求，并在满足要求中第二天线阵列中选择阵列冗余度较小作为第三天线阵列，能够有效的减少根据第三天线阵列的相邻阵元间距分布情况获得任意规模的一维双重冗余天线阵列的冗余度。作为本专利技术的另一方面，本专利技术提供的一维双重冗余天线阵列的相邻阵元间距表示形式[1,p,(1,p+2)m,1p]式中，1,p,p+2均表示相邻阵元间距，m,p均表示相邻阵元间距的重复次数，且|w|≤2，m≥1,p≥1。当p为偶数，即p＝2p0，其中p0是正整数时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一维双重冗余天线阵列的构造方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据一维双重冗余天线阵列的阵元数量和最大基线长度建立基于最小阵列冗余度的一维双重冗余天线阵列的设计模型；(2)利用智能优化算法获得满足所述基于最小阵列冗余度的一维双重冗余天线阵列的设计模型的多个第一天线阵列；(3)根据所述多个第一天线阵列的相邻阵元间距分布情况对多个第一天线阵列进行重复相邻阵元间距操作或进行调整相邻阵元间距长度并重复末端单位相邻阵元间距操作获得多个第二天线阵列；并将满足一维双重冗余天线阵列要求的第二天线阵列按阵列冗余度大小从小到大排列，选取前1％～30％的第二天线阵列作为第三天线阵列；(4)根据所述第三天线阵列的相邻阵元间距分布情况获得第四天线阵列；一维双重冗余天线阵列为任意基线长度l冗余度大于等于2的天线阵列，l∈[0,L]，L为天线阵列的最大基线长度；第一天线阵列为阵元数n1满足6≤n1≤11的一维双重冗余天线阵列，第二天线阵列为阵元数n2满足12≤n2≤23的天线阵列，第三天线阵列为阵元数n3满足12≤n3≤23的一维双重冗余天线阵列，第四天线阵列为任意规模的一维双重冗余天线阵列。

【技术特征摘要】
1.一种一维双重冗余天线阵列的构造方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据一维双重冗余天线阵列的阵元数量和最大基线长度建立基于最小阵列冗余度的一维双重冗余天线阵列的设计模型；(2)利用智能优化算法获得满足所述基于最小阵列冗余度的一维双重冗余天线阵列的设计模型的多个第一天线阵列；(3)根据所述多个第一天线阵列的相邻阵元间距分布情况对多个第一天线阵列进行重复相邻阵元间距操作或进行调整相邻阵元间距长度并重复末端单位相邻阵元间距操作获得多个第二天线阵列；并将满足一维双重冗余天线阵列要求的第二天线阵列按阵列冗余度大小从小到大排列，选取前1％～30％的第二天线阵列作为第三天线阵列；(4)根据所述第三天线阵列的相邻阵元间距分布情况获得第四天线阵列；一维双重冗余天线阵列为任意基线长度l冗余度大于等于2的天线阵列，l∈[0,L]，L为天线阵列的最大基线长度；第一天线阵列为阵元数n1满足6≤n1≤11的一维双重冗余天线阵列，第二天线阵列为阵元数n2满足12≤n2≤23的天线阵列，第三天线阵列为阵元数n3满足12≤n3≤23的一维双重冗余天线阵列，第四天线阵列为任意规模的一维双重冗余天线阵列。2.根据权利要求1所述的构造方法，其特征在于，在步骤(4)之后还包括以下步骤：(5)根据第四天线阵列和循环差集获得第五天线阵列，第五天线阵列为冗余度降低的一维双重冗余天线阵列。3.根据权利要求1或2所述的构造方法，其特征在于，所述步骤(5)中，根据公式cr＝dq·v+bj得到第五天线阵列；式中，cr为第五天线阵列的第r个阵元，dq为第四天线阵列的第q个阵元，bj为循环差集中第j个元素，v为循环差集的模值，km为循环差集中互不同余的整数的个数，n4为第四天线阵列的阵元数，n4km为第五天线阵列的阵元数，1≤j≤km,1≤q≤n4,1≤r≤n4km。4.根据权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述步骤(1)中一维双重冗余天线阵列的设计模型为：minaR(a)=n(n-1)2L]]>rl(a)≥2,l＝1,2,…,L式中，a表示天线阵列，R(a)表示天线阵列a的阵列冗余度，a＝[a1,a2,…,an]，且0＝a1<a2<…<an，ai为天线阵列阵元的位置，1≤i≤n，n为天线阵列的阵元数，rl(a)表示基线长度为l的个数，l∈[0,L]，L为最大基线长度。5.根据权利要求1所述的构造方法，其特征在于，所述步骤(2)中根据粒子群算法获得第一天线阵列，包括如下步骤：(21)随机初始化Ms个粒子的位置向量X和速度向量V；(22)获取每个粒子所表示的天线阵列中所有基线冗余度小于2的基线个数，即为该粒子的适应度函数值；(23)根据每个粒子的适应度更新每个粒子局部最优位置向量；(24)根据每个粒子的适应度更新至今全局最优粒子位置向量；(25)判断迭...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡飞，贺锋，郎量，朱冬，汤佩雯，吴量，彭晓辉，胡昊，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42