余割平方和合成相位双约束波瓣阵列天线优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种余割平方和合成相位双约束波瓣阵列天线优化设计方法，主要解决现有天线余割平方波瓣不能测角和笔形波瓣低仰角比幅测角精度不高的问题。其实现步骤是：确定阵列天线几何构型以及水平方向阵元间距和俯仰方向阵元间距，阵列天线几何构型选用矩形单元栅格；确定天线口径和方位、俯仰阵元数；选择天线阵元类型，设计天线阵元的波瓣；设计余割平方波瓣和相位约束条件下的波束，采用全局优化概率搜索算法对阵列天线构造和优化设计问题求解；根据阵元激励幅度和相位，设计馈电网络；天线阵元与馈电网络集成，优化馈电网络的各端口相位，对阵列波束方向图进行微调，满足合成波束余割平方波瓣和合成相位的要求。

Optimum Design Method of Cosecant Square Sum Composite Phase Double Constrained Lobe Array Antenna

The invention discloses an optimal design method of a double-constrained lobe array antenna with cosecant square and synthetic phase, which mainly solves the problems of the existing antenna that the cosecant square lobe can not measure angle and the pencil lobe has low angle-to-amplitude ratio angle measurement accuracy. The realization steps are as follows: to determine the geometric configuration of the array antenna, the horizontal and elevation element spacing, the rectangular element grid is used for the geometric configuration of the array antenna; to determine the antenna aperture, azimuth and elevation element number; to select the type of the antenna element, to design the lobe of the antenna element; to design the cosecant square lobe and phase. Under the condition of bit constraints, the global optimization probabilistic search algorithm is used to solve the problem of array antenna construction and optimization design; the feed network is designed according to the excitation amplitude and phase of the array elements; the integration of the antenna elements and the feed network optimizes the phase of each port of the feed network, and fine-tunes the beam pattern of the array to meet the combination. Requirements for beam cosecant square lobe and synthetic phase.

【技术实现步骤摘要】
余割平方和合成相位双约束波瓣阵列天线优化设计方法
本专利技术涉及一种余割平方和合成相位双约束波瓣阵列天线优化设计方法，属于阵列信号处理的

技术介绍
三座标雷达测量目标的角度通常采用笔形波束，进行比幅或单脉冲测角。采用笔形波束的天线，方位波束宽度与俯仰波束宽度的乘积越小，天线增益越高，探测目标的距离越远，但波束所覆盖的立体角范围也越小。在方位波束宽度一定的情况下，导致覆盖全部俯仰角空域的波束个数增加，搜索空域的数据率下降。对空目标搜索雷达，为了使同一高度不同距离的目标检测具有相同的检测概率，常设计余割平方波瓣，即天线增益式中，K为常数，为俯仰方向角度，实现大空域覆盖和高的搜索数据率。近年来，低空目标的跟踪和引导指示成为国内外十分关注的问题，其关键为低仰角测高技术。目前低仰角测高采用笔形波束双波束比幅测角法。在信噪比12dB时，能够达到的测角精度约为波束宽度的十分之一，需要两个照射在0°仰角以上且偏开固定角度的笔形波束。多个笔形波束扫描覆盖仰角探测空域，完成不同高度目标的测高，搜索空域的数据率受到仰角波束宽度及仰角覆盖范围的限制。余割平方波瓣可以一次扫描覆盖全部仰角范围，但没有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.余割平方和合成相位双约束波瓣阵列天线优化设计方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤1、根据方位、俯仰空域覆盖，确定阵列天线几何构型以及水平方向阵元间距和俯仰方向阵元间距；步骤2、根据天线增益、方位波束宽度、俯仰波瓣余割平方的要求，确定天线口径和方位、俯仰阵元数；步骤3、选择天线阵元类型，设计天线阵元的波瓣，在雷达工作频段内，满足低电压驻波比的要求，即阻抗匹配，天线阵元方向图记为

【技术特征摘要】
1.余割平方和合成相位双约束波瓣阵列天线优化设计方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤1、根据方位、俯仰空域覆盖，确定阵列天线几何构型以及水平方向阵元间距和俯仰方向阵元间距；步骤2、根据天线增益、方位波束宽度、俯仰波瓣余割平方的要求，确定天线口径和方位、俯仰阵元数；步骤3、选择天线阵元类型，设计天线阵元的波瓣，在雷达工作频段内，满足低电压驻波比的要求，即阻抗匹配，天线阵元方向图记为其中θ表示方位向角度，表示俯仰向角度；步骤4、设计余割平方波瓣和合成相位约束条件下的波束，采用全局优化概率搜索算法对阵列天线的构造和优化设计问题求解，具体为：(4.1)根据天线增益、方位波束宽度、俯仰余割平方波瓣的要求，确定阵列天线期望的赋形波束，以最小均方误差准则构造阵列天线设计的优化问题为：其中，In、分别表示用3个具有不同相位特性的余割平方波瓣、设计余割平方波瓣和合成相位约束的第一波束形成网络、第二波束形成网络、第三波束形成网络的第n个天线阵元的激励，n＝0,1,…,Ms-1，Ms表示俯仰向阵元数；第一波束形成网络的波束方向图第二波束形成网络的波束方向图第三波束形成网络的波束方向图k表示波数，k＝2π/λ，λ表示波长，dz表示俯仰方向阵元间距；表示第i波束形成网络的波束方向图的主瓣与理想余割平方函数的误差，表示理想余割平方函数的取值范围，表示俯仰向波束覆盖最小仰角，表示俯仰向波束覆盖最大仰角，Q为波束方向图主瓣区域即理想余割平方函数的取值范围的角度离散采样值，Q为所取角度值数目，表示第i个波束形成网络的波束方向图的最大值，max(·)表示求最大值；[ψ1,ψ2]为步骤3所设计的天线阵元的波束宽度，为阵列波束方向图主瓣所对应的角度与第一副瓣所对应角度之差；EMSL为期望最大旁瓣电平，第i波束形成网络的波束方向图相位为arg(·)表示复数的主值幅角，(·)′表示取一阶导数，(·)″表示取二阶导数；σ为经验数值，其值表示天线相位中心间距大小；min(·)表示求最小值；(4.2)采用全局优化概率搜索算法求解步骤(4.1)中的优化问题，得到阵元激励幅度和相位；步骤5、根据步骤4...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋德富，付伟，李建峰，韩燕，蒋康辉，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32