【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于天线，具体涉及一种带罩阵列天线波束优化方法，可用于目标探测或定位识别。
技术介绍
1、天线罩是阵列天线的保护装置，雷达上加载的天线罩可以很好得将阵列天线保护起来，使其免受外界严酷环境的破坏，保证雷达系统在复杂环境下也能够正常工作。理想的天线罩在其工作频段应是电磁透明的，具有高透波率和低反射的特性。但在实际应用中，由于阵列天线单元之间存在耦合，以及天线罩与阵列天线之间存在相互作用，天线罩会对阵列天线辐射的和、差波束产生较大的影响，出现在和波束方向图最大指向偏移、副瓣抬升，而差波束方向图零点位置偏移、零深抬高等方向图畸变的现象。这一问题将会极大地影响单脉冲雷达的性能，严重制约单脉冲雷达的探测精度和跟踪能力。针对天线罩与阵列天线的相互影响，研究者提出了一些有针对性的方法。
2、北京理工大学何芒等人在期刊ieee的《radiation pattern recovery of theimpaired-radome-enclosed antenna array》中提出了一种带罩阵列天线的和波束方向图恢复方法。该方法将改进的模拟退火算法和有源单元方向图理论相结合，通过优化带罩阵列天线激励的幅度和相位，使得优化后的带罩阵列天线辐射的和波束方向图性能与不带罩阵列天线辐射的波束方向图性能相同，该方法虽说消除了天线罩对阵列天线辐射的和波束方向图的影响。但是，由于其仅针对带罩阵列的和波束方向图进行了优化，无法直接应用于对带罩阵列的和、差波束同时优化，同时由于该方法采用随机类优化算法，因而该方法优化效率较低。
3、电
4、西北工业大学梁军利等人在期刊ieee的《optimal synthesis of sum anddifference beam patterns with a common weight vector for symmetric andasymmetric antenna arrays》中提出了一种和、差波束同时优化的方法。其将阵列天线和、差波束优化的非凸优化问题转化为一个等价的可求导数的约束优化问题，并结合最速下降法实现了对于和、差波束方向图的同时优化。但是，该方法由于采用的最速下降法是一种基于梯度的局部优化算法，因而求解效率较低；同时由于，该方法采用的模型均为理想点源模型，没有考虑单元间的互耦影响，故难以应用于对带罩阵列的优化；此外由于，该方法没有考虑和、差波束同时扫描的情况，无法适用于带罩阵列相控阵的波束扫描。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种基于凸优化的带罩阵列天线波束优化方法，一是解决上述现有技术只能对点源模型进行优化，求解效率较低，影响优化结果的问题；二是解决现有技术不能在考虑天线罩与阵列天线间相互耦合作用情况下，实现带罩相控阵的波束扫描，导致实际目标探测和定位识别时无法进行多方位扫描和精确定位的问题。
2、本专利技术解决以上问题的技术思路是：通过凸优化算法对带罩阵列天线方向图进行优化，提高优化效率，由于凸优化算法是一种全局优化算法，优化后可得到全局最优解的结果；通过利用电磁仿真软件构建实际带罩阵列天线模型进行仿真，提取有源方向图实现天线罩与阵列天线的相互耦合，并通过带罩阵列天线的和、差波束同时扫描，实现带罩阵列天线在目标探测和定位识别时的多方位扫描和精确定位。
3、根据上述思路，本专利技术的实现步骤包括如下：
4、(1)选择未带罩阵列天线模型，并对其添加天线罩，确定带罩阵列天线的单元个数n、单元间距d、天线罩的介电常数εr和厚度参数h，得到带罩阵列天线模型；
5、(2)采用全波电磁仿真软件，分别对带罩和不带罩阵列天线模型进行全波仿真，并在此基础上，提取带罩和不带罩阵列天线的有源单元方向图，由有源单元方向图得到不带罩阵列天线的方向矢量和带罩阵列天线的方向矢量其中，θ表示俯仰角，表示方位角；
6、(3)计算不带罩阵列天线的和波束方向图和差波束方向图，根据不带罩阵列波束方向图确定带罩阵列天线的优化参数：
7、(3a)根据不带罩阵列天线的方向矢量计算得到不带罩阵列天线全1激励下的和波束方向图再根据不带罩阵列天线的和波束方向图确定带罩阵列天线的和波束方向图的主瓣区域θml1、副瓣区域θsll1和最大辐射方向θ0；
8、(3b)根据不带罩阵列天线的方向矢量计算得到不带罩阵列天线的差波束方向图再根据不带罩阵列天线的差波束方向图确定带罩阵列天线的差波束方向图的主瓣区域θml2、副瓣区域θsll2、零深位置θ0；
9、(4)根据步骤(3)的结果，采用凸优化算法优化带罩阵列天线的和、差波束：
10、(4a)设置和波束的复激励系数为差波束的复激励系数为其中，表示带罩阵列天线和波束的第i个阵列单元的激励系数，表示带罩阵列天线差波束的第i个阵列单元的激励系数，i为从1到n的正整数，n为带罩阵列天线的单元个数；
11、(4b)根据和波束与差波束的相位关系，得到和波束与差波束各阵列单元的激励系数的如下关系：
12、
13、(4c)根据带罩阵列天线的方向矢量得到带罩阵列天线的和波束辐射电场fσ(wσ,θ)及差波束辐射电场fδ(wδ,θ)：
14、
15、其中，h表示共轭转置；
16、(4d)将对和波束与差波束的同时优化表示为如下凸优化问题：
17、
18、其中，fδ(wδ,θ0)表示差波束在目标方向的辐射电场，fσ(wσ,θ0)表示和波束在目标方向的辐射电场，t是用户根据需求给定的一个常数，θ0为目标方向，θsll1和θsll2分别代表和波束副瓣区域和差波束副瓣区域，fσ(wσ,θs)表示和波束在副瓣区域的辐射电场，fδ(wδ,θd)表示差波束在副瓣区域的辐射电场，ub∑和ubδ分别代表和波束与差波束的非负上界约束；
19、(5)通过求解凸优化问题获得带罩阵列天线优化后的和波束与差波束方向图。
20、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
21、第一，本专利技术由于将和波束与差波束同本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于凸优化的带罩阵列天线波束优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中由有源单元方向图得到不带罩阵列天线的方向矢量和带罩阵列天线的方向矢量实现如下：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3a)根据不带罩阵列天线的方向矢量计算得到不带罩阵列天线全1激励下的和波束方向图实现如下：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3a)中根据不带罩阵列天线的和波束方向图确定带罩阵列天线的和波束方向图的主瓣区域ΘML1、副瓣区域ΘSLL1和最大辐射方向θ0，是先从不带罩阵列天线的和波束方向图中，选取包含能量最多的波瓣区域作为主瓣区域ΘML1，再将除去主瓣区域之外的区域作为副瓣区域ΘSLL1，再将主瓣区域内最大辐射方向作为目标方向θ0。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3b)根据不带罩阵列天线的方向矢量计算得到不带罩阵列天线的差波束方向图实现如下：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3b)根据不带罩阵列天线的差波束方向图确定带罩阵列
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)通过求解凸优化问题获得带罩阵列天线优化后的和波束与差波束方向图，实现如下：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(5b)中根据差波束激励向量计wΔ算得到差波束的激励幅度IΔ和相位公式如下：
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(5b)中根据和波束激励向量wΣ计算得到和波束的激励幅度IΣ和相位公式如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于凸优化的带罩阵列天线波束优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中由有源单元方向图得到不带罩阵列天线的方向矢量和带罩阵列天线的方向矢量实现如下：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3a)根据不带罩阵列天线的方向矢量计算得到不带罩阵列天线全1激励下的和波束方向图实现如下：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3a)中根据不带罩阵列天线的和波束方向图确定带罩阵列天线的和波束方向图的主瓣区域θml1、副瓣区域θsll1和最大辐射方向θ0，是先从不带罩阵列天线的和波束方向图中，选取包含能量最多的波瓣区域作为主瓣区域θml1，再将除去主瓣区域之外的区域作为副瓣区域θsll1，再将主瓣区域内最大辐射方向作为目标方向θ0。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3b)根据不带罩阵列天线的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：焦永昌，李威宗，刘志勇，张依轩，张立，邹宇甲，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。