一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法技术

本发明专利技术属于综合孔径辐射计排布领域，具体涉及一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法，包括：根据一维综合孔径辐射计天线阵列排布与其空间频域采样分布的对应关系，分别建立目标采样周期对应的天线阵列坐标序列的第一物理约束，最小天线间距的第二物理约束及其对应的连续无空洞空间频域采样的第三物理约束，以及基于连续无空洞采样长度的目标函数；联立目标函数和所有物理约束得到低周期采样的一维综合孔径辐射计天线阵列排布优化模型并求解，得到最优天线阵列排布。本发明专利技术在阵列天线最小间距不变的情况下有效降低综合孔径阵列的空间频域采样周期，以解决现有阵列排布存在空间频域采样周期大导致一维综合孔径辐射计无混叠视场范围受限的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法
本专利技术属于综合孔径辐射计排布
，更具体地，涉及一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法。
技术介绍
综合孔径辐射计利用相干原理，将多个按一定拓扑结构排列的小天线合成为大孔径天线，可实现高分辨率凝视成像，突破了传统实孔径辐射计分辨率受天线物理口径的限制，且无需机械扫描即可成像，已广泛应用于射电天文、微波遥感以及目标探测等领域。无混叠视场范围是综合孔径辐射计的关键性能参数之一，其描述了反演图像不受混叠干扰的区域，是一维综合孔径辐射计单次观测的“视野”范围。根据综合孔径成像原理，无混叠视场范围与一维综合孔径辐射计空间频域采样的周期成反比，即空间频域采样周期越大，无混叠视场范围越小。当前，一维综合孔径辐射计为追求高灵敏度成像，对阵列中单元天线的增益提出了更高的要求，相应的单元天线的物理口径将会变大，阵列构型中最小单元间距变大。在现有阵列构型设计中，例如均匀线阵和低冗余线阵，最小天线间距的波长归一化与空间频域的采样周期相同，最小单元间距变大意味着空间频域采样周期变大，导致一维综合孔径辐射计无混叠视场范围受限。因此，现有线性阵列排布方法存在空间频域采样周期大，导致一维综合孔径辐射计无混叠视场范围受限的问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法，用以解决现有线性阵列排布方法存在空间频域采样周期大而导致一维综合孔径辐射计无混叠视场范围受限的技术问题。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法，包括：S1、根据一维综合孔径辐射计天线阵列排布与其空间频域采样分布的对应关系，分别建立目标采样周期对应的天线阵列坐标序列的第一物理约束，最小天线间距的第二物理约束及其对应的连续无空洞空间频域采样的第三物理约束，以及基于连续无空洞采样长度的目标函数；S2、联立所述目标函数和所有物理约束，得到低周期采样的一维综合孔径辐射计天线阵列排布优化模型并求解，得到最优天线阵列排布。本专利技术的有益效果是：本专利技术是一种空间频域低周期采样的一维综合孔径辐射计阵列排布方法，首先根据空间频域目标采样周期、最小天线间距以及空间频域无空洞采样的条件明确一维综合孔径辐射计阵列的排布物理限制，建立阵列排布约束函数；进一步地，建立基于连续无空洞采样长度的优化目标函数；综合目标函数与约束函数，建立空间频域低周期采样的一维综合孔径辐射计阵列排布优化模型并求解，最终获得最优的天线阵列构型。相较于传统的阵列设计方法，该方法可在阵列天线最小间距不变的情况下有效降低综合孔径阵列的空间频域采样周期，以解决现有线性阵列排布存在空间频域采样周期大导致一维综合孔径辐射计无混叠视场范围受限的问题。上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述一维综合孔径辐射计天线的阵列排布结构表示为：X＝[x1x2…xN]T其中，X表示各单元天线坐标序列构成的向量；[*]T表示转置操作；xi表示阵列排布中编号为i的单元天线在笛卡尔坐标系中x方向上的坐标，i＝1,2,…,N，且xi为经最小间距归一化后的坐标值。本专利技术的进一步有益效果是：阵列排布结构表示中采用归一化的坐标值，便于模型求解。进一步，所述第一物理约束为：所述xi分布在以空间频域目标采样周期r为间隔的均匀网格点上，且所述x1＝0＜x2＜…＜xN，所述r取值小于1。进一步，基于单元天线的物理口径，所述第二物理约束为：所述一维综合孔径辐射计的天线阵列排布满足单元天线间距不小于1。进一步，将一维综合孔径辐射计天线阵列中的单元天线两两组成基线矢量，得到空间频域采样点坐标序列B＝{b≥0|b＝xi-xj,i,j∈[1,N]}；基于所述第二物理约束，序列B中不包含区间(0,1)和(xN-1,xN)内的基线；则得到所述第二物理约束对应的所述第三物理约束为：在区间[1,L]内空间频域采样连续无空洞，L表示连续无空洞的最大空间频域采样坐标。进一步，所述目标函数为最大化所述L。本专利技术的进一步有益效果是：在指定天线单元数N的前提下最大化L，满足了在空间频域低周期采样以提高无混叠视场范围的前提下最大化系统分辨率。进一步，所述r取值为1/a，a为正整数；采用启发式的优化算法对所述优化模型求解。本专利技术的进一步有益效果是：r采用1/a的形式，以便于采用该方法得到的最优阵列排布进行实际应用时，可基于a值，在0至1区间内确定添加天线的位置和数量。进一步，所述采用启发式的优化算法对所述优化模型求解，具体包括：S2.1、指定单元天线个数N，随机产生满足所述第一物理约束的初始解，并初始化初始温度T0、终止温度Te、退火因子β、同一温度下的迭代次数PTem以及连续无空洞的最大空间频域采样坐标L；S2.2、计算满足所述第一物理约束和所述第二物理约束的适应度函数，所述适应度函数为所述X生成的空间频域采样在坐标序列上的空洞数目的总和；S2.3、随机将阵列中的一个天线从当前位置转移到空位网格点上产生新解，若该新解的所述适应度函数值为0，执行S2.4，若不为0，判断该新解的所述适应度函数值是否比原解的适应度值低，若是则直接接受该新解，若否，以概率e-ΔE/T接受新解，其中ΔE表示新解与原解的适应度函数值之差，T表示当前迭代的温度，返回S2.2，直至当一个温度内的迭代次数达到PTem后，温度更新为T＝βT，若当前迭代温度T＜Te，执行S2.5，否则返回S2.2；S2.4、更新L＝L+r，r为目标采样周期，初始化参数T0、β、PTem，返回S2.2；S2.5、停止迭代，不更新参数L，增大参数T0、β、PTem，返回S2.2进行精细化迭代，直至T0达到精细化迭代的终止温度Tee，终止迭代，得到对应最大L的一维综合孔径辐射计天线阵列排布X。本专利技术的进一步有益效果是：本方法对传统退火算法进行了优化，具体在于分为内循环和外循环，在内循环的由一个初始温度不断迭代更新得到的当前迭代温度T＜Te时，不急于更新连续无空洞的最大空间频域采样坐标L，先增大参数T0、β、PTem以返回内循环的初始步骤进行精细化迭代，以提高模型求解精度。进一步，所述增大参数中的增大原则为：T0＝2T0，β＝β0.9，PTem＝PTem+100。本专利技术还提供一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现如上所述的一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法流程框图；图2为本专利技术实施例提供的单元天线的侯选位置示意图；图3是本专利技术实施例提供的启发式算法流程图；图4是本专利技术实施例提供的14单元最优阵列在区间[-10,10]内的空间频域采样图；图5是本专利技术实施例提供的14单元均匀线阵在区间[-10,10]内的空间频域采样图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法，其特征在于，包括：/nS1、根据一维综合孔径辐射计天线阵列排布与其空间频域采样分布的对应关系，分别建立目标采样周期对应的天线阵列坐标序列的第一物理约束，最小天线间距的第二物理约束及其对应的连续无空洞空间频域采样的第三物理约束，以及基于连续无空洞采样长度的目标函数；/nS2、联立所述目标函数和所有物理约束，得到低周期采样的一维综合孔径辐射计天线阵列排布优化模型并求解，得到最优天线阵列排布。/n

【技术特征摘要】
1.一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法，其特征在于，包括：
S1、根据一维综合孔径辐射计天线阵列排布与其空间频域采样分布的对应关系，分别建立目标采样周期对应的天线阵列坐标序列的第一物理约束，最小天线间距的第二物理约束及其对应的连续无空洞空间频域采样的第三物理约束，以及基于连续无空洞采样长度的目标函数；
S2、联立所述目标函数和所有物理约束，得到低周期采样的一维综合孔径辐射计天线阵列排布优化模型并求解，得到最优天线阵列排布。


2.根据权利要求1所述的一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法，其特征在于，所述一维综合孔径辐射计天线的阵列排布结构表示为：
X＝[x1x2…xN]T
其中，X表示各单元天线坐标序列构成的向量；[*]T表示转置操作；xi表示阵列排布中编号为i的单元天线在笛卡尔坐标系中x方向上的坐标，i＝1,2,…,N，且xi为经最小间距归一化后的坐标值。


3.根据权利要求2所述的一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法，其特征在于，所述第一物理约束为：所述xi分布在以空间频域目标采样周期r为间隔的均匀网格点上，且所述x1＝0＜x2＜…＜xN，所述r取值小于1。


4.根据权利要求3所述的一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法，其特征在于，基于单元天线的物理口径，所述第二物理约束为：所述一维综合孔径辐射计的天线阵列排布满足单元天线间距不小于1。


5.根据权利要求4所述的一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法，其特征在于，将一维综合孔径辐射计天线阵列中的单元天线两两组成基线矢量，得到空间频域采样点坐标序列B＝{b≥0|b＝xi-xj,i,j∈[1,N]}；基于所述第二物理约束，序列B中不包含区间(0,1)和(xN-1,xN)内的基线；则得到所述第二物理约束对应的所述第三物理约束为：在区间[1,L]内空间频域采样连续无空洞，L表示连续无空洞的最大空间频域采样坐标。


6.根据权利要求5所述的一种一维综合孔径辐射计天线阵列排布方法，其特征在于，所述目标函数为最大化所述L。
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【专利技术属性】
技术研发人员：郑涛，胡飞，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42