一种对阵列结构和波束形状稳健的快速方向图综合方法技术

本发明专利技术公开了一种对阵列结构和波束形状稳健的快速方向图综合方法，步骤为：根据阵列结构和波束主瓣覆盖范围构建阵列流形矩阵A；对A

【技术实现步骤摘要】
一种对阵列结构和波束形状稳健的快速方向图综合方法


[0001]本专利技术属于数字阵列天线波束形成
，特别是一种对阵列结构和波束形状稳健的快速方向图综合方法。

技术介绍

[0002]大规模数字阵列天线具有空间分辨率高和天线增益高等优点，已开始应用于高性能雷达和卫星通信系统。随着阵列规模的增大，阵列方向图综合面临稳定性无法保证和计算复杂度增大等难点。现有的方向图综合优化算法无法满足快速自主的实时优化计算的要求，需要提高算法的稳定性和降低算法运算量。
[0003]现有的基于最小均方误差的交替投影(Alternating projection algorithm based on least mean square，LMS_AP)算法在大规模阵列、较宽主瓣波束覆盖范围时稳健性较差，针对较宽主瓣波束覆盖范围的情况需要用多个窄波束进行全覆盖，甚至在阵列规模较大时无法进行全覆盖，计算量大且稳健性差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种针对任意规则阵列结构和波束形状稳健的快速方向图综合方法，能够提高算法稳定性、降低运算量，并满足中大规模规则阵列和主瓣覆盖较宽波束的方向图综合需求。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种对阵列结构和波束形状稳健的快速方向图综合方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：根据阵列结构和波束覆盖范围构建阵列流形矩阵A；
[0007]步骤2：对阵列流形矩阵A的共轭转置矩阵A
H
进行归一化，并进行奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)，根据奇异值分解结果计算矩阵AA
H
条件数cond(AA
H
)，根据条件数cond(AA
H
)计算初始对角加载量μ0；
[0008]步骤3：计算初始权重系数设定综合得到的方向图与期望方向图的最大允许误差ξ
max
，初始化迭代次数k＝1；
[0009]步骤4：计算第k
‑
1次迭代的权重系数对应的方向图
[0010]步骤5：设置期望方向图主瓣的幅度上界和下界，对方向图的主瓣区进行幅度修正，旁瓣区置零，过渡区不做修正，得到第k次迭代期望逼近的方向图
[0011]步骤6：计算第k次迭代的对角加载量μ
k
；
[0012]步骤7：计算第k次迭代的权重系数
[0013]步骤8：计算第k次迭代优化得到的方向图并计算优化得到的方向图与期望方向图的主瓣误差ξ
k
；
[0014]步骤9：若误差ξ
k
小于最大允许误差ξ
max
，则输出第k次迭代的权重系数并停止迭代，否则令k＝k+1，返回步骤4。
[0015]进一步地，步骤2中对A
H
进行奇异值分解，由奇异值计算得到AA
H
的条件数cond(AA
H
)以及初始对角加载量μ0，具体包括如下步骤：
[0016]步骤2.1：对A
H
进行归一化处理；
[0017]A
H
＝A
H
/||A
H
||2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0018]对归一化后的A
H
做奇异值分解
[0019]A
H
＝UΣV
H
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]其中奇异值矩阵Σ为
[0021][0022]H表示矩阵或向量的共轭转置，A
H
为K
×
N维列满秩矩阵，K为主瓣范围内均匀离散采样的角度数，N为阵元数，且满足K＞＞N；U为K
×
K维酉矩阵，Σ为K
×
N维对角矩阵，V为N
×
N维酉矩阵，且1≥σ1≥σ2≥
…
≥σ
N
≥0；
[0023]步骤2.2：计算AA
H
条件数
[0024][0025]步骤2.3：计算初始对角加载量
[0026][0027]进一步地，所述步骤7，根据步骤2的奇异值分解结果进行迭代过程中的权重系数计算，具体包括如下步骤：
[0028]步骤7.1：根据式(6)计算矩阵(Σ
H
Σ+μ
k
I)的逆矩阵；
[0029][0030]步骤7.2：根据式(7)计算第k次迭代的权重系数
[0031][0032]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)提出了可以针对不同阵列结构和波束形状，调整对角加载量的最小均方交替投影算法，提高了针对大规模规则阵列，较宽主瓣波
束的方向图综合的稳定性，使其适用于阵列结构和方向图需求动态变化情况下的自主方向图重构；(2)权重系数迭代优化过程中用简单的求倒数代替复杂的矩阵求逆，减小了算法的计算量；(3)综合优化性能稳健、计算量小、运算速度快，适用于阵列结构和方向图形状需要动态调整，并自主实时优化的各种应用场景。
[0033]下面结合附图对本专利技术作进一步详细介绍。
附图说明
[0034]图1是本专利技术的算法实现流程图。
[0035]图2是本专利技术实施例中所采用的三角栅格阵列结构图。
[0036]图3是本专利技术实施例中99阵元主瓣波束宽度110
°
时传统算法与本专利算法实际方向图与期望方向图的主瓣误差对比图。
[0037]图4是本专利技术实施例中99阵元主瓣波束宽度110
°
时传统算法与本专利算法主瓣内增益抖动极值对比图。
[0038]图5是本专利技术实施例中99阵元主瓣波束宽度110
°
时传统算法与本专利算法主瓣增益对比图。
[0039]图6是本专利技术实施例中99阵元主瓣波束宽度110
°
时传统算法与本专利算法旁瓣增益对比图。
[0040]图7是本专利技术实施例中99阵元主瓣波束宽度110
°
时传统算法与本专利算法归一化权重系数变化率对比图。
[0041]图8是本专利技术实施例中99阵元主瓣波束宽度110
°
时传统算法与本专利算法归一化方向图变化率对比图。
[0042]图9是本专利技术实施例中99阵元主瓣波束宽度110
°
时传统算法与本专利算法方向图等高线对比图。
[0043]图10是本专利技术实施例中99阵元主瓣波束宽度110
°
时传统算法与本专利算法三维方向图俯视图
[0044]图11是本专利技术实施例中99阵元主瓣波束宽度10
°
时本专利算法三维方向图俯视图与等高线图。
[0045]图12是本专利技术实施例中99阵元主瓣波束宽度50
°
时本专利算法三维方向图俯视图与等高线图。
[0046]图13是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对阵列结构和波束形状稳健的快速方向图综合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据阵列结构和波束覆盖范围构建阵列流形矩阵A；步骤2：对阵列流形矩阵A的共轭转置矩阵A
H
进行归一化，并进行奇异值分解SVD，根据奇异值分解结果计算矩阵AA
H
条件数cond(AA
H
)，根据条件数cond(AA
H
)计算初始对角加载量μ0；步骤3：计算初始权重系数设定综合得到的方向图与期望方向图的最大允许误差ξ
max
，初始化迭代次数k＝1；步骤4：计算第k
‑
1次迭代的权重系数对应的方向图步骤5：设置期望方向图主瓣的幅度上界和下界，对方向图的主瓣区进行幅度修正，旁瓣区置零，过渡区不做修正，得到第k次迭代期望逼近的方向图步骤6：计算第k次迭代的对角加载量μ
k
；步骤7：计算第k次迭代的权重系数步骤8：计算第k次迭代优化得到的方向图并计算优化得到的方向图与期望方向图的主瓣误差ξ
k
；步骤9：若误差ξ
k
小于最大允许误差ξ
max
，则输出第k次迭代的权重系数并停止迭代，否则令k＝k+1，返回步骤4。2.根据权利要求1所述的对阵列结构和波束形状稳健的快速方向图综合方法，其特征在于，步骤2中对A
H
进行奇异值分解，由奇异值计算得到AA
H
的条件数co...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓峰，杨培森，盛卫星，韩玉兵，张仁李，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：