一种低互相干的非均匀随机辐射阵列口径天线及方法技术

本发明专利技术公开了一种低互相干的非均匀随机辐射阵列口径天线及方法。由多个天线单元组成平面阵列，每个天线单元由幅度可调、相位可调的电流激励，天线单元之间的相对位置为非均匀排布；通过随机地调节电流的幅度大小和相位分布，使得与平面阵列平行的辐射区域处电磁场分布具有时空随机辐射特性。将天线单元的总数量、阵列口径大小作为非均匀阵列参数进行初始化，选择适应度函数获得高随机性的天线单元的优化参数，利用遗传算法优化各个天线单元的相对位置获得平面阵列的非均匀排布。本发明专利技术的阵列口径天线具有结构简单、随机辐射性能优异、低互相干等优点。低互相干等优点。低互相干等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种低互相干的非均匀随机辐射阵列口径天线及方法


[0001]本专利技术涉及了一种低互相干的随机辐射阵列口径天线及方法，尤其是涉及了一种低互相干的非均匀随机辐射阵列口径天线及优化方法。

技术介绍

[0002]上个世纪四十年代初以来，传统阵列天线的理论获得了深入研究，广泛地应用于机场安检、飞机雷达、遥感探测等民用和军事领域。通常，传统阵列天线的单元采用均匀间隔的排布方式实现大规模组阵，从而通过高指向性的波束达到目标分辨。相比于均匀阵列天线，天线单元非均匀排布形成的非均匀阵列天线能够以相同的单元数量获得更大的天线口径，从而提升阵列天线的分辨能力。尽管非均匀阵列天线经过优化设计后减少了天线单元间的互偶，但同时会导致较高的旁瓣。
[0003]随着新体制雷达技术的不断发展，具备随机场辐射特性的随机辐射口径天线引起了极大关注。然而，当前提出的基于超构材料的随机辐射阵列口径天线存在频谱效率低、系统损耗大、伪随机辐射等不足。从阵列天线理论出发，通过对阵列天线中辐射单元的相位和幅度进行随机调制，即可实现随机性的引入，从而实现随机辐射阵列口径天线的构造。其中，常规的均匀随机辐射阵列口径天线仍存在随机源性能差，随机辐射场之间的互相干性高等缺陷。

技术实现思路

[0004]针对当前随机辐射口径天线构造方法存在的频谱效率低、系统损耗大、伪随机辐射等不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种低互相干的非均匀随机辐射阵列口径天线和方法，通过非均匀阵列条件下的随机辐射阵列构造加以解决，并设置随机辐射约束条件。
[0005]本专利技术通过对阵列天线中辐射单元的相位进行随机调制，将随机性引入到辐射区域处的辐射场分布，并基于遗传算法优化平面阵列参数获得具备低互相干的非均匀随机辐射阵列口径天线，具有更好随机辐射能力。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一、一种非均匀随机辐射阵列口径天线：
[0008]主要由多个天线单元阵列组成平面阵列，每个天线单元由幅度可调、相位可调的电流激励，天线单元之间的相对位置为非均匀排布；通过随机地调节所激励电流的幅度大小和相位分布，使得与平面阵列平行的辐射区域处电磁场分布具有时空随机辐射特性。
[0009]本专利技术非均匀随机辐射阵列口径天线的时空随机辐射特性来源于天线单元的幅度大小、相位随机的变化和相对位置非均匀排布。
[0010]所述的天线单元的非均匀排布是将天线单元在整个确定的空间平面内任意排布。优选地，所述的天线单元的非均匀排布是将排布区域按照天线单元的总数量划分为多个网格域，每个网格域中放置一个天线单元，各个天线单元在各自的网格域内任意排布，而使得
各个天线单元整体形成非均匀排布。
[0011]二、一种基于遗传算法的非均匀随机辐射阵列口径天线优化方法：
[0012]将天线单元的总数量、阵列口径大小作为非均匀阵列参数进行初始化，选择适应度函数获得高随机性的天线单元的优化参数，结合利用遗传算法优化各个天线单元的相对位置获得平面阵列的非均匀排布。
[0013]所述的阵列口径大小是整个平面阵列的径向尺寸，即由天线单元的总数量*相邻天线单元之间的间距得到。
[0014]以与平面阵列平行的辐射区域处电磁场分布的互相干性作为遗传算法中的适应度函数。使得辐射区域处的电磁场分布具有低互相干特性。
[0015]方法主要包括以下步骤：
[0016]1)将天线单元的总数量、阵列口径大小作为非均匀阵列参数进行初始化设定，以一种天线单元非均匀分布的平面阵列作为一个个体，随机生成一组不同非均匀分布的个体形成作为初始种群；
[0017]不同个体的非均匀阵列参数相同，但天线单元间的相对位置是不同的、变化的。
[0018]2)根据判断非均匀阵列性能的适应度函数计算每个个体的适应度；选择最佳的适应度函数用于后续找到具有高随机性辐射场的个体。
[0019]3)采用轮盘赌算法进行随机选择而选择出一部分个体，对这一部分个体进行进化形成优化种群；轮盘赌算法进行随机选择后，能够选择出适应度较高的个体进行进化。
[0020]4)从优化种群中再随机选择个体，对随机选择的每个个体均依次进行交叉和变异处理而创建新的个体，由所有新的个体构成了后代种群；
[0021]后代种群取代前代种群，回到步骤2)处理；
[0022]5)不断重复上述步骤2)～步骤4)迭代处理，伴随着迭代的进行，当适应度优化过程时，直到迭代次数、适应度达到预设值。直到迭代次数、种群的平均适应度达到各自对应的预设的阈值，则停止迭代，最终输出的种群中选择适应度最高的个体作为非均匀排布的平面阵列。
[0023]在迭代过程中，种群的平均适应度会随着迭代次数增加而提高。
[0024]所述步骤1)中，将初始种群的规模保持在30
‑
100之间。
[0025]对于包含P*P个天线单元的、沿xy方向平面排列的平面阵列，限制xy坐标轴的范围，令每个天线单元的坐标(x
p
，y
p
)随机地位于(P
·
Δ
P
×
P
·
Δ
P
大小区域范围内。
[0026]所述步骤1)中，在随机生成时根据设定的天线单元之间的最小间距Δd
min
生成一组不同非均匀分布的个体形成作为初始种群以避免天线单元之间的间距相隔很近，相互耦合作用强烈导致的问题。
[0027]所述的适应度函数具体如下：
[0028][0029]其中，h
i
表示个体对应的辐射场矩阵第i列向量，h
j
表示个体对应的辐射场矩阵第j列向量，i、j分别表示辐射场矩阵的列序数，T表示矩阵转置，||表示矩阵内元素取绝对值，max表示最大值函数，F
c
表示个体在第c次迭代下的适应度。
[0030]由此，本专利技术建立的适应度函数利用互相干性作为优化准则设计阵列的几何结构
和信号参数。
[0031]本专利技术利用非均匀阵列高旁瓣的特点，非均匀随机辐射阵列口径天线能够充分利用有限的阵列口径和辐射单元数量，通过对天线单元的位置排布与电流激励的幅度大小和相位分布的有效优化，实现非均匀随机辐射阵列口径天线的构造，具有随机辐射性能优异、低互相干的优点。
[0032]本专利技术的有益效果是：
[0033]与基于传统均匀间隔阵列相比，非均匀阵列的设计具有更低的互相干性，利用互相干性对辐射区域处随机辐射性能进行定量评估，并基于遗传算法优化平面阵列参数获得具备低互相干的非均匀随机辐射阵列口径天线，具有更好随机辐射能力。
[0034]本专利技术是一种低互相干的非均匀随机辐射阵列口径天线，具有结构简单、随机辐射性能优异、低互相干等优点。
附图说明
[0035]图1是本专利技术实施例的基于相位调制的非均匀随机辐射阵列示意图。
[0036]图2是本专利技术实施例的不同测量次本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非均匀随机辐射阵列口径天线，其特征在于：主要由多个天线单元阵列组成平面阵列，每个天线单元由幅度可调、相位可调的电流激励，天线单元之间的相对位置为非均匀排布；通过随机地调节电流的幅度大小和相位分布，使得与平面阵列平行的辐射区域处电磁场分布具有时空随机辐射特性。2.根据权利要求1所述的一种非均匀随机辐射阵列口径天线，其特征在于：所述的天线单元的非均匀排布是将排布区域按照天线单元的总数量划分为多个网格域，每个网格域中放置一个天线单元，各个天线单元在各自的网格域内任意排布。3.应用于权利要求1
‑
2任一所述非均匀随机辐射阵列口径天线的一种基于遗传算法的非均匀随机辐射阵列口径天线优化方法，其特征在于：将天线单元的总数量、阵列口径大小作为非均匀阵列参数进行初始化，选择适应度函数获得高随机性的天线单元的优化参数，结合利用遗传算法优化各个天线单元的相对位置获得平面阵列的非均匀排布。4.根据权利要求3所述的一种基于遗传算法的非均匀随机辐射阵列口径天线优化方法，其特征在于：以与平面阵列平行的辐射区域处电磁场分布的互相干性作为适应度函数。5.根据权利要求3所述的一种基于遗传算法的非均匀随机辐射阵列口径天线优化方法，其特征在于：方法主要包括以下步骤：1)将天线单元的总数量、阵列口径大小作为非均匀阵列参数进行初始化设定，以一种天线单元非均匀分布的平面阵列作为一个个体，随机生成一组不同非均匀分布的个体形成作为初始种群；2)根据判断非均匀阵列性能的适应度函数计算每个个体的适应度；3)采用轮盘赌算法进行随机选择而选择出一部分个体，对这一部分个体进行进化形成优化种群；4)从优化种群中再随机选择个体，对随机选择的每个个体均依次进行交叉和变异处理而创建新的个体，由所有新的个体...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭天池，周天益，李欢，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：