一种阵列激励动态范围可控的宽波束增益增强方法技术

本发明专利技术公开了一种阵列激励动态范围可控的宽波束增益增强方法，属于天线技术领域。本发明专利技术对阵列宽波束增益进行直接优化，通过对阵列激励的有效控制，实现给定期望低副瓣条件下的宽波束增益增强。相较于传统子基于方向图优化的波束赋形方法，在相同条件下，可以获得更高的宽波束增益。高的宽波束增益。高的宽波束增益。

【技术实现步骤摘要】
一种阵列激励动态范围可控的宽波束增益增强方法


[0001]本专利技术属于天线
，具体涉及一种阵列激励动态范围可控的宽波束增益增强方法。

技术介绍

[0002]在卫星多媒体信号的地面移动接收过程中，通常要求阵列天线具有较宽的波束，以确保阵列接收天线载体(如汽车、轮船、飞机等等)在快速位置变化过程中接收波束实时对准卫星。由于卫星多媒体信号的远距离衰落，接收端信号微弱，因此，要求阵列接收天线具有较高的增益，且具有较低的副瓣，以抗背景噪声和机器噪声，实现卫星多媒体信号的良好接收。同时，由于实际应用中，阵列激励控制元件(如放大器等)的工作范围有限，这要求实际阵列激励的动态范围可控。
[0003]为了实现阵列激励动态范围可控的宽波束赋形，现有方法主要通过对阵列方向图进行优化，以获得满足特定阵列激励动态范围的阵列激励分布，由于其主要针对阵列的波形进行设计，难以确保获得最优的阵列宽波束增益。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种阵列激励动态范围可控的宽波束增益增强方法，以用于在给定波束宽度、期望副瓣电平和期望阵列激励动态范围条件下，最大化阵列的增益。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种阵列激励动态范围可控的宽波束增益增强方法，包括：
[0007]步骤S1，预处理：
[0008]对阵列天线的波束方向的值域进行离散化处理，得到多个离散点，表示为(θ,φ)，其中，θ表示波束方向的俯仰角，φ表示波束方向的方位角；
[0009]根据公式计算正定矩阵A，并对正定矩阵A进行矩阵分解A＝C
H
C，得到矩阵C，其中，a(θ,φ)表示波束方向(θ,φ)的阵列因子；
[0010]将阵列天线的主瓣区域和副瓣区域分别均匀离散化为L
ML
和L
SL
个离散角；
[0011]遍历主瓣区域的每个离散角，基于每个离散角的阵列因子a
k
，计算矩阵B1的元素b
1,k
＝C
‑
H
a
k
，得到矩阵其中，主瓣区域的离散角编号k＝1,...,L
ML
；
[0012]遍历副瓣区域的每个离散角，基于每个离散角的阵列因子a
s
，计算矩阵B2的元素b
2,s
＝C
‑
H
a
s
，得到矩阵其中，副瓣区域的离散角编号s＝1,...,L
SL
；
[0013]步骤S2：设置迭代相关参数，包括：
[0014]设置三个门限c0、c1和c2，最大内循环次数Imax，以及最大外循环次数Omax；
[0015]初始化两个惩罚因子ρ1和ρ2，初始化内循环次数ζ＝0，外循环次数r＝0；
[0016]初始化两对偶变量u1和u2，其中，u1为L
ML
维行向量，u2为L
SL
维行向量；
[0017]初始化阵列激励w，根据公式x＝Cw得到待求解量x的初始值；其中，w的初始化方式可以采用随机初始化，也可以采用其它惯用方式。
[0018]步骤S3，内循环更新处理：
[0019]步骤S3
‑
1，计算第一中间量J和第二中间量
[0020]J＝∠(v1)
[0021][0022]其中，J是L
ML
维列向量，是L
SL
维列向量，参量参量∠(
·
)表示复值向量元素的相位；
[0023]步骤S3
‑
2，计算第三中间量t和第四中间量h：
[0024]求解使得代价函数最小的t和h的值作为初始求解结果将初始求解结果反序排列，得到更新后的第三中间量t和第四中间量h；
[0025]其中，表示主瓣区域的第k个离散角估计值，即第一中间量J的元素，表示副瓣区域的第s个离散角估计值，即第二中间量的元素，k＝1,...,L
ML
，s＝1,...,L
SL
；v3＝v2/γ，γ表示期望副瓣电平的算术平方根；
[0026]步骤S3
‑
3，更新x：
[0027]定义：
[0028]定义则更新后的x为：
[0029]其中，β表示期望阵列激励动态范围；
[0030]步骤S3
‑
4，内循环次数ζ自增1，再判断内循环次数ζ是否达到最大内循环次数Imax，若是，则执行步骤S4，并重置内循环次数ζ＝0，否则，执行步骤步骤S3；
[0031]步骤S4，外循环更新处理：
[0032]根据公式计算得到本轮外循环的度量值；将上一轮外循环计算得到的度量值与门限c0的乘积作为当前外循环参考值；
[0033]若当前度量值小于或等于当前外循环参考值，则仅对u1和u2进行更新，ρ1和ρ2分别与上一轮外循环的值相同，其中，更新后的更新后的
[0034]若当前度量值大于当前外循环参考值，则仅对ρ1和ρ2进行更新，u1和u2分别与上一
轮外循环的值相同，其中，更新后的ρ1＝c1ρ1，更新后的ρ2＝c2ρ2；
[0035]更新完毕，令外循环次数r自增1，再判断外循环次数r是否达到最大外循环次数Omax，若是，则执行步骤S5，否则，执行步骤步骤S3；
[0036]步骤S5，基于当前得到的x，根据公式w＝C
‑1x得到在期望阵列激励动态范围β条件下的最优宽波束增益的阵列激励w。
[0037]进一步的，步骤S3
‑
2中，初始求解结果的具体求解为：
[0038]将|v1|和|v3|按幅值升序排列构造向量同时，根据|v1|和|v3|的幅值在向量p中的位置顺序，构造向量和即向量中的元素为|v1|的幅值，位置索引基于向量p对应的幅值确定；
[0039]定义g表示临时变量，且g≥0，t
k
≥g，h
s
≤g，其中，t
k
表示第三中间量t的第k个元素，h
s
表示第四中间量h的第s个元素，k＝1,...,L
ML
，s＝1,...,L
SL
；
[0040]若g∈(0,p1]，则：
[0041]若g∈[p
m
,p
m+1
],m＝1,...,L
ML
+L
SL
‑
1，则
[0042]其中，且k和s分别满足和
[0043]若
[0044]本专利技术提供的技术方案至少带来如下有益效果：
[0045]本专利技术对阵列宽波束增益进行直接优化，通过对阵列激励的有效控制，实现给定期望低副瓣条件下的宽波束增益增强。相较于传统子基于方向图优化的波束赋形方法，在相同条件下，可以获得更高的宽波束增益。
附图说明
[0046]为了更清楚地说明本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阵列激励动态范围可控的宽波束增益增强方法，其特征在于，包括：步骤S1，预处理：对阵列天线的波束方向的值域进行离散化处理，得到多个离散点，表示为(θ,φ)，其中，θ表示波束方向的俯仰角，φ表示波束方向的方位角；根据公式计算正定矩阵A，并对正定矩阵A进行矩阵分解A＝C
H
C，得到矩阵C，其中，a(θ,φ)表示波束方向(θ,φ)的阵列因子；将阵列天线的主瓣区域和副瓣区域分别均匀离散化为L
ML
和L
SL
个离散角；遍历主瓣区域的每个离散角，基于每个离散角的阵列因子a
k
，计算矩阵B1的元素b
1,k
＝C
‑
H
a
k
，得到矩阵其中，主瓣区域的离散角编号k＝1,...,L
ML
；遍历副瓣区域的每个离散角，基于每个离散角的阵列因子a
s
，计算矩阵B2的元素b
2,s
＝C
‑
H
a
s
，得到矩阵其中，副瓣区域的离散角编号s＝1,...,L
SL
；步骤S2：设置迭代相关参数，包括：设置三个门限c0、c1和c2，最大内循环次数Imax，以及最大外循环次数Omax；初始化两个惩罚因子ρ1和ρ2，初始化内循环次数ζ＝0，外循环次数r＝0；初始化两对偶变量u1和u2，其中，u1为L
ML
维行向量，u2为L
SL
维行向量；初始化阵列激励w，根据公式x＝Cw得到待求解量x的初始值；步骤S3，内循环更新处理：步骤S3
‑
1，计算第一中间量J和第二中间量J＝∠(v1)其中，J是L
ML
维列向量，是L
SL
维列向量，参量参量∠(
·
)表示复值向量元素的相位；步骤S3
‑
2，计算第三中间量t和第四中间量h：求解使得代价函数最小的t和h的值作为初始求解结果将初始求解结果反序排列，得到更新后的第三中间量t和第四中间量h；其中，θ
k
表示主瓣区域的第k个离散角估计值，表示副瓣区域的第s个离散角估计值，k＝1,...,L
ML
，s＝1,...,L
SL
；v3＝v2/γ，γ表示期望副瓣电平的算术平方根；步骤S3
‑
3，更新x：
定义：定义则...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷世文，杨伟，章奥，胡皓全，赵志钦，包永芳，陈波，田径，唐璞，何子远，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：