【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新型人工电磁材料，尤其涉及一种基于时空编码超表面等效幅相的低旁瓣设计方法。
技术介绍
1、数字编码超表面可实现实时、灵活的电磁波调控，因而在天线、成像、通信等领域都具有广泛的应用价值。现有的数字编码超表面大多通过在单元间产生额外的相移实现波束控制，由于编码状态较少，单元幅相表征能力有限，一般都会面临较高副瓣电平的问题(副瓣电平在-10db左右)，这也极大地限制了其在实际应用的性能。此外，不等幅超表面单元也被研究设计用于实现单元间的幅度差异，但其单元设计的方式或为不可调，无法实现低旁瓣波束扫描，或面临实现幅相独立调控所导致的复杂控制系统，并且幅相调控的范围无法达到较高的精度。
2、参考文献[1]提出了时空编码数字超表面可用于实现空间域和频率域电磁波能量分布的控制。通过时空编码调制，可以通过比特数较少的相位控制单元实现任意比特数的相位表征。
3、但是，现有的超表面单元可调编码状态较少，单元幅相表征能力有限，一般都会面临较高副瓣电平。而更多可调幅相编码状态单元实现起来困难，控制难度大。时空编码数字超表面提出了一种时间等效的方式，但其未涉及到等效幅度信息的利用与等效模型的求解，以及如何在取值范围边界受限的条件下实现更精确的幅相等效表征。
4、参考文献：
5、[1]zhang,l.,chen,x.q.,liu,s.,zhang,q.,zhao,j.,dai,j.y.,...&cui,t.j.(2018).space-time-coding digital metasur
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于时空编码超表面等效幅相的低旁瓣设计方法，以解决传统相位梯度超表面旁瓣较高的问题。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种基于时空编码超表面等效幅相的低旁瓣设计方法，包括：
3、s1.确定出时空编码超表面在基波频率处等效复反射系数的等效复反射系数取值范围；其中，所述时空编码超表面包含多个可编程超表面单元；
4、s2.获取目标旁瓣抑制数值，基于所述目标旁瓣抑制数值确定出各个所述可编程超表面单元的超表面单元反射幅度；
5、获取目标波束指向角度，基于所述目标波束指向角度确定出各个所述可编程超表面单元的超表面单元反射相位；
6、基于所述超表面单元反射幅度和所述超表面单元反射相位得到实现旁瓣抑制的最优阵列反射系数；
7、s3.基于所述最优阵列反射系数和所述等效复反射系数取值范围，采用寻优方法寻优得到等效复反射系数的优化取值结果，以实现针对所述目标波束指向角度的旁瓣抑制。
8、根据本专利技术的一个方面，步骤s1中，确定出时空编码超表面在基波频率处等效复反射系数的等效复反射系数取值范围的步骤中，包括：
9、s11.为每个所述可编程超表面单元提供周期时间编码序列以实现时域调制；
10、s12.依据所述周期时间编码序列的长度构建幅相联合等效模型；
11、s13.基于所述幅相联合等效模型获得所述等效复反射系数取值范围。
12、根据本专利技术的一个方面，步骤s11中，为每个所述可编程超表面单元提供周期时间编码序列以实现时域调制的步骤中，所述时域调制表示为：
13、
14、其中，m表示可编程超表面单元在所述时空编码超表面中的行数，且1≤m≤m，m表示所述时空编码超表面的总行数，n表示可编程超表面单元在所述时空编码超表面中的列数，且1≤n≤n，n表示所述时空编码超表面的总列数，g(t)为时间调制周期为t0的周期脉冲函数，t表示时间变量，l为一个周期内时间序列的长度，l为时间序列的顺序，为单个脉冲时间内单元相位的状态，j表示虚数单元。
15、根据本专利技术的一个方面，步骤s12中，依据所述周期时间编码序列的长度构建幅相联合等效模型的步骤中，包括：
16、s121.将所述时域调制展开为傅里叶级数的形式，其表示为：
17、
18、其中，k表示谐波阶数，表示傅里叶系数，其表示为：
19、
20、s122.将所述傅里叶系数作为可编程超表面单元在不同谐波频率处的等效复反射系数，并对其进行幅度与相位的联合表征，以获得所述幅相联合等效模型，其表示为：
21、
22、
23、其中，mag(·)表示幅度，pha(·)表示相位。
24、根据本专利技术的一个方面，步骤s2中，获取目标旁瓣抑制数值，基于所述目标旁瓣抑制数值确定出各个所述可编程超表面单元的超表面单元反射幅度的步骤中，根据所述目标旁瓣抑制数值，采用切比雪夫多项式计算得到切比雪夫权所对应的各个所述超表面单元反射幅度。
25、根据本专利技术的一个方面，步骤s2中，获取目标波束指向角度，基于所述目标波束指向角度确定出各个所述可编程超表面单元的超表面单元反射相位的步骤中，根据所述目标波束指向角度，采用相位补偿法计算得到各个所述超表面单元反射相位。
26、根据本专利技术的一个方面，步骤s3中，采用寻优方法寻优得到等效复反射系数的优化取值结果的步骤中，所述寻优方法为最小距离方法、最优相位方法、等效幅度归一化方法中的一种。
27、根据本专利技术的一个方面，步骤s3中，若采用最小距离方法寻优得到等效复反射系数的优化取值结果，则基于所述等效复反射系数取值范围与所述最优阵列反射系数计算复平面欧氏距离，以最小复平面欧氏距离所对应的等效复反射系数为优化取值结果，其表示为：
28、
29、
30、其中，wopt为优化得到的等效复反射系数的取值，||||1为l1范数，α0mn为第m行n列可编程超表面单元对应的等效复反射系数，是wopt中的第m行n列元素，w为等效复反射系数，wos为最优阵列反射系数，为等效复反射系数取值范围。
31、根据本专利技术的一个方面，步骤s3中，若采用最优相位方法寻优得到等效复反射系数的优化取值结果，则基于所述等效复反射系数取值范围与所述最优阵列反射系数计算相位差和幅度差，以最小相位差和最小幅度差所对应的等效复反射系数为优化取值结果，其表示为：
32、
33、
34、其中，λ1和λ2为系数，用于确保相位的优先级，∠和||分别表示求出矩阵中每个元素的相位和幅度。
35、根据本专利技术的一种方案，通过时空调制在每个超表面单元处产生等效幅度与相位激励，利用幅相联合性在基波频率处实现对切比雪夫权的拟合达到波束旁瓣抑制的目的，有效的解决了传统相位梯度超表面旁瓣较高的问题。
36、根据本专利技术的一种方案，本专利技术提供的幅相联合等效模型及相应的优化方法能实现高精度的超表面单元幅相权重拟合。
37、根据本专利技术的一种方案，与多比特幅度与相位超表面单元设计相比，本专利技术仅通过2比特可重构单元加上时空本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于时空编码超表面等效幅相的低旁瓣设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤S1中，确定出时空编码超表面在基波频率处等效复反射系数的等效复反射系数取值范围的步骤中，包括：
3.根据权利要求2所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤S11中，为每个所述可编程超表面单元提供周期时间编码序列以实现时域调制的步骤中，所述时域调制表示为：
4.根据权利要求3所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤S12中，依据所述周期时间编码序列的长度构建幅相联合等效模型的步骤中，包括：
5.根据权利要求4所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤S2中，获取目标旁瓣抑制数值，基于所述目标旁瓣抑制数值确定出各个所述可编程超表面单元的超表面单元反射幅度的步骤中，根据所述目标旁瓣抑制数值，采用切比雪夫多项式计算得到切比雪夫权所对应的各个所述超表面单元反射幅度。
6.根据权利要求5所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤S2中，获取目标波束指向角度，基于所述目标波束指向角度确定出各个所述可编程超表面单元的超表面
7.根据权利要求6所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤S3中，采用寻优方法寻优得到等效复反射系数的优化取值结果的步骤中，所述寻优方法为最小距离方法、最优相位方法、等效幅度归一化方法中的一种。
8.根据权利要求7所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤S3中，若采用最小距离方法寻优得到等效复反射系数的优化取值结果，则基于所述等效复反射系数取值范围与所述最优阵列反射系数计算复平面欧氏距离，以最小复平面欧氏距离所对应的等效复反射系数为优化取值结果，其表示为：
9.根据权利要求7所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤S3中，若采用最优相位方法寻优得到等效复反射系数的优化取值结果，则基于所述等效复反射系数取值范围与所述最优阵列反射系数计算相位差和幅度差，以最小相位差和最小幅度差所对应的等效复反射系数为优化取值结果，其表示为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于时空编码超表面等效幅相的低旁瓣设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤s1中，确定出时空编码超表面在基波频率处等效复反射系数的等效复反射系数取值范围的步骤中，包括：
3.根据权利要求2所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤s11中，为每个所述可编程超表面单元提供周期时间编码序列以实现时域调制的步骤中，所述时域调制表示为：
4.根据权利要求3所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤s12中，依据所述周期时间编码序列的长度构建幅相联合等效模型的步骤中，包括：
5.根据权利要求4所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤s2中，获取目标旁瓣抑制数值，基于所述目标旁瓣抑制数值确定出各个所述可编程超表面单元的超表面单元反射幅度的步骤中，根据所述目标旁瓣抑制数值，采用切比雪夫多项式计算得到切比雪夫权所对应的各个所述超表面单元反射幅度。
6.根据权利要求5所述的低旁瓣设计方法，其特征在于，步骤s2中，获取目标波束指向角...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永祥，余时涧，关东方，刘振，张双辉，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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