基于多项式零点组合的线阵低副瓣双波束泰勒综合方法技术

本发明专利技术公开一种基于多项式零点组合的线阵低副瓣双波束泰勒综合方法。该方法基于传统泰勒综合法，包括以下步骤：依据综合目标给定线阵的阵元数目、阵元间距、工作频率、副瓣参考电平和期望的双波束指向；利用切比雪夫多项式得到期望波束指向的理想空间因子零点；分别保留其主瓣区零点来构成双波束主瓣，使用辛格函数零点替换其副瓣区零点来构成双波束副瓣；调整波瓣展宽因子同时对部分零点位置进行修正，最终得到组合零点多项式即双波束泰勒空间因子；使用离散傅里叶变换法综合出该阵列的激励分布。该方法突破了传统单波束泰勒综合法的适用局限，相较于优化算法提供了激励的解析解，具有更高的综合效率。具有更高的综合效率。具有更高的综合效率。

【技术实现步骤摘要】
基于多项式零点组合的线阵低副瓣双波束泰勒综合方法


[0001]本专利技术涉及阵列天线领域，具体而言，涉及一种基于多项式零点组合的线阵低副瓣双波束泰勒综合方法。

技术介绍

[0002]在第五代通信系统中，数据爆炸式的增长对通信系统的数据传输速率提出了更高的需求。为了扩大通讯系统的通信容量，同时提高对频谱的利用率，我们可以使用多波束天线的多重复用技术。而在点对多点无线通信系统中，主节点为了满足不同支节点的通信需求，其阵列天线要实现多个波束的方向图设计。除此之外，随着卫星通信技术的不断发展，实现更多的波束覆盖能够大大降低阵列设计的复杂度。由此可见，阵列天线的多波束方向图综合算法已经成为研究热点。
[0003]迄今为止，学术界已经提出了很多不同的阵列综合方法。其中一些经典的阵列综合算法例如道尔夫
‑
切比雪夫综合法、泰勒综合法、伍德沃德
‑
劳森抽样法、傅里叶变换法等方向图综合方法。此类方法可以提供阵列综合的解析解，综合效率较高。其中，泰勒综合法设计灵活，适应面广，在工程上应用最为广泛。其方向图在靠近主瓣某个区域内的副瓣电平接近相等，随后单调减小，有利于提高方向性系数。但是传统的泰勒综合法仅限于综合单个聚焦波束的方向图，无法解决双波束综合的问题。
[0004]近年来，一些学者提出了通过优化阵元激励来综合多波束方向图的方法。这些方法以数值优化算法居多，虽然其对于具有复杂性、多样性约束条件的高宽容度被广泛应用于各种场合。但仍存在效率低，综合速度慢，无法得到较低副瓣电平和精确波束指向等问题，而能够从传统解析的角度出发，高效综合多波束方向图的方法较少。
[0005]中国专利202010043954.6公开一种基于混合自适应粒子群算法的面多波束赋形方法。该方法将自适应粒子群算法进行改良，与遗传算法进行结合来进行多波束方向图综合，扩大了粒子的多样性，防止粒子群过早陷入局部收敛，可用于对大型阵列的多波束综合优化。但是由于每次迭代都需要计算每个粒子对应的方向图及其代价函数，所以会导致整个综合过程耗时较高。
[0006]中国专利202110679734.7公开一种基于FFT的遗传算法综合平面阵列方向图的方法及系统。该方法将遗传算法和快速傅里叶变换用于方向图综合。通过生成初始种群；将初始种群中的个体转化为幅度相位激励矩阵，对幅度相位激励矩阵进行快速傅里叶变换，得到阵列天线的方向图。该方法可以显著改善计算效率，在方向图综合过程中能够有效地缩短计算时间。但是该方法只能针对单个聚焦波束进行综合，无法综合多波束方向图。
[0007]中国专利202110768476.X公开了一种基于分离校准迭代FFT的唯相位多波束方向图综合方法。该方法能够在迭代中不断地校准每个波束的指向，从而精确地调制每个主波束的波束指向，使每个主瓣指向期望的方向图，对产生的多组初始激励进行唯相位优化，最终得到多波束方向图。该方法仅优化阵元的激励相位，能够有效地降低馈电网络复杂度；经过多次校准，其使得综合的波束指向的精确度较高。而且使用迭代FFT的方法，计算速率较
高。但是该方法对副瓣控制并不够精确，同时无法实现足够低的副瓣电平。
[0008]为了解决上述技术存在的问题，同时扩展传统阵列天线综合方法适用范围，实现低副瓣双波束方向图函数的解析设计，本文提出一种基于零点组合的均匀线阵低副瓣双波束方向图综合方法。

技术实现思路

[0009]针对传统泰勒综合法主要对单个聚焦波束综合的问题，本专利技术的目的在于提出一种基于多项式零点组合的线阵低副瓣双波束泰勒综合方法。该方法适用于线阵，可以在给出阵列综合的解析设计情况下，精确实现低副瓣的双波束方向图。
[0010]为了实现上述技术的目的，本专利技术包括以下步骤：
[0011]1)根据综合目标，指定均匀直线阵列的阵元数目N、单元形式、单元间距d、工作频率f、阵列口径L。
[0012]2)预设副瓣参考电平R0和两组具体的波束指向θ1和θ2；
[0013]3)假设一个理想线源，根据目标副瓣参考电平R0，依据传统泰勒综合法利用切比雪夫多项式得到等副瓣的理想空间因子，并对该方向图进行扫描，使其分别指向目标方向θ1和θ2。
[0014]4)引入波瓣展宽因子σ来改造上述推导得到的理想空间因子，提高其零点位置分布的自由度。同时分别得到波束指向为θ1和θ2的理想空间因子的零点u
n1
和u
n2
。
[0015]5)已知辛格函数保留波束指向为θ1和θ2的理想空间因子主瓣两边各个零点来构成目标双波束方向图的主瓣(由副瓣参考电平R0决定)，使用辛格函数零点补充替换上述理想空间因子的非保留零点来构成目标双波束方向图的副瓣。通过调整波瓣展宽因子σ使得辛格函数零点能够和4)中得到的理想空间因子零点在其交界处对齐。
[0016]6)提出一种零点平均的方法来调整两个主瓣之间副瓣的零点位置，修正目标双波束方向图；对上述主副瓣零点进行组合得到其零点多项式函数，即构建出双波束泰勒空间因子。
[0017]7)使用离散傅里叶变换法对该双波束泰勒空间因子进行阵列综合，最终得到该双波束泰勒方向图的激励分布。
[0018]与现有的技术相比，本专利技术的有益效果在于：在传统泰勒综合法的基础上，提出了一种基于多项式零点组合的线阵低副瓣双波束泰勒综合方法。使得经典的单波束泰勒综合法能够适用于双波束的目标综合场景，突破了该方法的适用局限，进一步完善了传统阵列综合法的设计体系，相较于使用数值优化算法来综合双波束方向图，提供了阵列综合的解析设计，同时具有更高的综合效率。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的方法流程图；
[0020]图2为本专利技术实施例中32元均匀线阵的阵元布局示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例中综合的归一化功率方向图；
[0022]图4为本专利技术实施例中综合的归一化激励的幅度分布图。
[0023]图5为本专利技术实施例中综合的归一化激励的相位分布图。
具体实施方式
[0024]以下结合附图和具体的实施例对本专利技术技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0025]参考图2所示直线阵列，由N个阵元均匀分布在x轴上，其阵元位置分布可以表示为x
n
＝[x0,x1,
…
,x
N
‑1]T
，其中d为阵列单元间距，同时阵列口径可被表示为L＝Nd。
[0026]依据目标双波束方向图，预设方向图副瓣参考电平R0和两个主瓣的波束指向θ1和θ2；
[0027]假设一个理想线源，根据目标副瓣参考电平R0，利用切比雪夫多项式得到波束指向为θ0的等副瓣的理想空间因子函数如下所示：
[0028][0029][0030]通过改变θ0来对该方向图进行扫描，得到该等副瓣的理想空间因子的零点分布：
[0031][0032]为了提高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多项式零点组合的线阵低副瓣双波束泰勒综合方法，其特征在于包括以下步骤：1)根据综合目标，指定均匀直线阵列的阵元数目N、单元形式、单元间距d、工作频率f、阵列口径L；2)预设副瓣参考电平R0和两组具体的波束指向θ1和θ2；3)假设一个理想线源，根据目标副瓣参考电平R0，依据传统泰勒综合法利用切比雪夫多项式得到等副瓣的理想空间因子，并对方向图进行扫描，使其分别指向目标方向θ1和θ2；4)引入波瓣展宽因子σ来改造推导得到的理想空间因子，提高其零点位置分布的自由度；同时分别得到波束指向为θ1和θ2的理想空间因子的零点u
n1
和u
n2
；5)已知辛格函数保留波束指向为θ1和θ2的理想空间因子主瓣两边各个零点来构成目标双波束方向图的主瓣，由副瓣参考电平R0决定；使用辛格函数零点补充替换上述理想空间因子的非保留零点来构成目标双波束方向图的副瓣；通过调整波瓣展宽因子σ使得辛格函数零点能够和4)中得到的理想空间因子零点在其交界处对齐；6)提出一种零点平均的方法来调整两个主瓣之间副瓣的零点位置，修正目标双波束方向图；对主副瓣零点进行组合得到其零点多项式函数，即构建出双波束泰勒空间因子；7)使用离散傅里叶变换法对该双波束泰...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颜回，张宁，徐嘉威，杨仕文，胡俊，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：