一种离散智能搜索阵列天线布阵方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种离散智能搜索阵列天线布阵方法及系统，包括步骤：随机阵元初生；根据稀疏阵列的排布区域，在全区域内随机生成不同位置的阵元；有效阵元筛选；由天线阵元结构确定阵元最小间距；根据生成的随机阵元，筛选出有效阵元，对不满足阵元最小间距的阵元进行重叠分类，形成阵元编号排序矩阵；离散智能搜索；将所述阵元编号排序矩阵中的阵元编号与所述区域编号排序矩阵中的区域编号建立对应关系；有效阵元次生；本发明专利技术可应用于各种复杂阵列口径下的稀疏阵列天线优化，由本发明专利技术获得的阵列天线具有低成本、低副瓣、高增益特性，当本发明专利技术应用于大型预警雷达系统时，可有效提高预警雷达的工作距离和抗干扰能力。的工作距离和抗干扰能力。的工作距离和抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
一种离散智能搜索阵列天线布阵方法及系统


[0001]本专利技术涉及阵列天线设计
，具体涉及一种离散智能搜索阵列天线布阵方法及系统。

技术介绍

[0002]超宽带多输入多输出(MIMO)阵列成像雷达已成为广泛应用的有源感知设备，这种设备主要涉及两项关键技术，超宽带波和实MIMO孔径。它可以在距离向和方位向均实现高解析度的图像重建。随着多年技术的发展，这项技术已经发展成为感知领域的一个重要工具，如医疗诊断、探地雷达和穿墙监视等。随着电子科技与制造工艺的发展，军用和民用领域均推动了成像质量的向前发展。如今，这类感知技术已经在朝着超宽带、3D高解析度、大动态范围和实时工作等方向发展。区别于窄带情形，当阵列天线工作于超宽带情况下，天线单元的间距需要满足小于采样标准以满足在方向图中不引入高电平栅瓣。另外，超宽带MIMO阵列的性能与阵列拓扑有着紧密的联系，精心设计的非常规拓扑超宽带MIMO阵列的旁瓣控制能力比常规拓扑的阵列天线高。
[0003]为了有效平衡阵列孔径与阵元数，MIMO雷达通常采用稀疏布局。阵列稀疏排布的区域为MIMO雷达实际孔径所在的区域，通常情况下天线阵元位置初始化时，每个阵元的位置随机分布，当一次阵元位置随机确定后，存在阵元位置相距很近的情况。考虑到每个天线阵元均具有一定结构尺寸，若相邻两个阵元离得太近，将使天线阵元无法装配。基于此类情形，所有随机排布的阵元均需要满足与相邻阵元不重叠的要求，即满足自身与周围所有阵元的中心距离大于自身的结构尺寸，实现该要求存在一定难度。
[0004]鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术缺陷，本专利技术采用的技术方案在于，提供一种离散智能搜索阵列天线布阵方法，包括步骤：
[0006]S1：随机阵元初生；
[0007]根据稀疏阵列的排布区域，在全区域内随机生成不同位置的阵元；
[0008]S2：有效阵元筛选
[0009]由天线阵元结构确定阵元最小间距；根据所述步骤S1中生成的随机阵元，筛选出有效阵元，对不满足阵元最小间距的阵元进行重叠分类，形成阵元编号排序矩阵；
[0010]S3：离散智能搜索；
[0011]根据所述步骤S1中的稀疏阵列排布区域，将所述区域进行划分；根据阵元数对区域编号进行排序，形成区域编号排序矩阵；将所述阵元编号排序矩阵中的阵元编号与所述区域编号排序矩阵中的区域编号建立对应关系；依据所述阵元编号和所述区域编号的对应关系，所述阵元依次在对应的所述区域中完成智能搜索；
[0012]S4：有效阵元次生；
[0013]根据所述步骤S3中智能搜索完成后获得的阵元位置，所述阵元位置为次生有效阵元，计算多扫描角情况下的适应度值并代入改进型野草算法中迭代进化，新一代生成的阵元均重复步骤S2～S3。
[0014]较佳的，在所述步骤S2中，计算每个阵元与其余所有阵元的单元间距，筛选出阵元间距小于阵元最小间距的阵元，设置为筛选阵元；统计所述筛选阵元的阵元数No并对所述筛选阵元进行重叠分类，分类标准依据与相邻阵元重叠的阵元数量，形成阵元编号排序矩阵。
[0015]较佳的，在所述步骤S3中，将阵元排布区域划分成Na块，统计每个所述区域内的阵元数，并根据阵元数对区域编号进行排序，形成所述区域编号排序矩阵。
[0016]较佳的，在所述步骤S3中，设置每个所述区域内待分配的重叠阵元数为Nd，计算所需分配区域数为Np＝No/Nd；将所述阵元编号排序矩阵中的所述阵元编号与所述区域编号排序矩阵中的所述区域编号建立对应关系，对应规则为：阵元编号排序矩阵中从前至后每Np个阵元编号与区域编号排序矩阵中的区域编号逐个对应。
[0017]较佳的，在所述步骤S3中，设置阈值Pv，Pv＜1，在每个所述阵元进行智能搜索前产生一个随机数Pr，将Pr与Pv进行比较，若Pr＜Pv，则所述阵元仅在当前区域内智能搜索；若Pr＞Pv，则所述阵元分配到所述区域编号排序矩阵中的对应区域内智能搜索。
[0018]较佳的，在所述步骤S3中，智能搜索过程如下：以矩形外形圈定区域内已存在阵元的小区域，分配到区域的阵元以不等步进进行搜索，当搜索的阵元未遇到区域内已存在阵元时，阵元的步进为Dm；当搜索的阵元遇到区域内已存在阵元时，阵元将跳过已存在阵元并改变步进为2*Dm；每个阵元完成智能搜索的标志为：当其移动至一位置后，其与相邻阵元均不存在重叠关系；区域编号排序矩阵中一个区域编号对应的阵元完成智能搜索后，下一个区域编号对应的阵元进行搜索，直到所有重叠阵元均完成搜索。
[0019]较佳的，在所述步骤S4中，改进型野草算法在入侵野草算法的空间扩散步骤后引入风徙机制，实现过程为：设置阈值Pm，Pm＝0.95，假设其中一个种子能够产生的新种子数为Ns，产生Ns个0～1之间的随机数R，对比每个随机数与Pm的大小关系；若随机数Rn＜Pm，则新种子在父代周围随机散布；若随机数Rn＞Pm，则新种子受到自然风的影响随机散布于距离父代远的地方。
[0020]本专利技术所述离散智能搜索阵列天线布阵系统，采用所述离散智能搜索阵列天线布阵方法对稀疏阵列天线的阵元位置进行优化，包括：
[0021]随机阵元初生模块，用于在全区域内随机生成阵元位置；
[0022]有效阵元筛选模块，用于筛选出有效阵元，对不满足阵元最小间距的阵元进行重叠分类，形成阵元编号排序矩阵；
[0023]离散智能搜索模块，用于对当前区域按特定规律进行划分；根据阵元数对区域编号进行排序，形成区域编号排序矩阵；将阵元编号排序矩阵中的阵元编号与区域编号排序矩阵中的区域编号建立对应关系；依据两种编号的对应关系，阵元依次在对应区域中完成智能搜索；
[0024]有效阵元次生模块，用于计算多扫描角情况下的适应度值并代入改进型野草算法中迭代进化；
[0025]控制处理模块，用于向所述随机阵元初生模块、所述有效阵元筛选模块、所述离散
智能搜索模块、所述有效阵元次生模块发出指令，完成对应功能操作；
[0026]所述随机阵元初生模块、所述有效阵元筛选模块、所述离散智能搜索模块、所述有效阵元次生模块均与所述控制处理模块电连接。
[0027]与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：1，根据初生阵元位置情况对阵元位置进行重叠分类，可有效区分整个天线阵列中不同性质的阵元，在进行区别处理后可有效提高获得次生有效阵元的效率；2，对当前区域进行划分形成小区域，根据小区域内阵元数对小区域进行智能排序，可快速确定阵元排布相对稀疏的区域，在该区域内增加排布阵元可大幅度提高阵元搜索的成功率；一定程度上提高了整个阵列阵元排布的均匀性，有助于提高阵列天线的波瓣性能；3，采用阈值筛选引入一定的随机性，丰富了阵元排布的多样性，避免阵元排布位置过于均匀而引起排布位置近似，进而导致优化迭代陷入局部较优解；4，改进型野草算法通过引入风徙机制提高了优化过程的自由度和不确定性，可有效跳出局部较优解，避免出现优化算法的早熟问题；5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离散智能搜索阵列天线布阵方法，其特征在于，包括步骤：S1：随机阵元初生；根据稀疏阵列的排布区域，在全区域内随机生成不同位置的阵元；S2：有效阵元筛选由天线阵元结构确定阵元最小间距；根据所述步骤S1中生成的随机阵元，筛选出有效阵元，对不满足阵元最小间距的阵元进行重叠分类，形成阵元编号排序矩阵；S3：离散智能搜索；根据所述步骤S1中的稀疏阵列排布区域，将所述区域进行划分；根据阵元数对区域编号进行排序，形成区域编号排序矩阵；将所述阵元编号排序矩阵中的阵元编号与所述区域编号排序矩阵中的区域编号建立对应关系；依据所述阵元编号和所述区域编号的对应关系，所述阵元依次在对应的所述区域中完成智能搜索；S4：有效阵元次生；根据所述步骤S3中智能搜索完成后获得的阵元位置，所述阵元位置为次生有效阵元，计算多扫描角情况下的适应度值并代入改进型野草算法中迭代进化，新一代生成的阵元均重复步骤S2～S3。2.如权利要求1所述的离散智能搜索阵列天线布阵方法，其特征在于，在所述步骤S2中，计算每个阵元与其余所有阵元的单元间距，筛选出阵元间距小于阵元最小间距的阵元，设置为筛选阵元；统计所述筛选阵元的阵元数No并对所述筛选阵元进行重叠分类，分类标准依据与相邻阵元重叠的阵元数量，形成阵元编号排序矩阵。3.如权利要求2所述的离散智能搜索阵列天线布阵方法，其特征在于，在所述步骤S3中，将阵元排布区域划分成Na块，统计每个所述区域内的阵元数，并根据阵元数对区域编号进行排序，形成所述区域编号排序矩阵。4.如权利要求3所述的离散智能搜索阵列天线布阵方法，其特征在于，在所述步骤S3中，设置每个所述区域内待分配的重叠阵元数为Nd，计算所需分配区域数为Np＝No/Nd；将所述阵元编号排序矩阵中的所述阵元编号与所述区域编号排序矩阵中的所述区域编号建立对应关系，对应规则为：阵元编号排序矩阵中从前至后每Np个阵元编号与区域编号排序矩阵中的区域编号逐个对应。5.如权利要求4所述的离散智能搜索阵列天线布阵方法，其特征在于，在所述步骤S3中，设置阈值Pv，Pv＜1，在每个所述阵元进行智能搜索前产生一个随机数Pr，将Pr与Pv进行比较，若Pr＜Pv，则所述阵元仅在当前区域内智能搜索；若Pr＞Pv，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱庆超，方佳，陶蕾，刘颂阳，刘浩，金谋平，张小林，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：