【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电磁波生成技术，具体涉及一种针对具有最小阵元间距约束的稀疏阵列综合技术。
技术介绍
0、技术背景
1、阵列天线作为信号发射及接收终端，在无线通信系统中发挥着不可替代的作用。阵列天线将若干个天线按照一定的方式排列和激励，利用电磁波的干涉和叠加原理来产生特殊的辐射特性，易于实现窄波束、低副瓣、多波束和相控波束扫描，使发现目标和跟踪目标的可靠性、稳定性和实时性等性能得以提高。传统阵列采用均匀布阵方式，随着高阵列角度分辨率、高天线增益等工程需求的增多，均匀天线阵容易造成阵列体积大、成本高和结构复杂等问题，稀疏阵列综合技术能够在阵列孔径不变且基本不影响其主瓣宽度和旁瓣电平的情况下，采用一定的方法去掉阵列中的许多阵元，优化阵列的物理布局，降低工程成本和系统复杂度。
2、最优稀疏阵列综合问题由于其非线性性质，在一般情况下是一个非常复杂的优化问题，有许多的局部最优解。全局最小化算法是解决稀疏阵列综合问题的经典方法之一，如遗传算法。但是全局最小化算法收敛缓慢，时间复杂度较高且很难确定算法是否达到收敛。压缩感知领域中的凸优化算法因其较好的稀疏恢复效果被应用于稀疏阵列综合问题，此类算法可以使用较高的计算效率得到较优的稀疏阵列权重向量，如基于迭代重加权最小化1-范数(irnm，iterative reweighed1-norm minimization)的稀疏阵列综合方法，g.priscoand m.d’urso,“maximally sparse arrays via sequential convex opti
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，针对实际工程中阵元间距过小会产生互耦现象导致方向图形变的问题，提供一种基于凸优化和最小阵元间距约束的稀疏阵列波束形成方法。
2、本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于最小阵元间距约束的稀疏阵列波束形成方法，包括以下步骤：
3、1)参数输入步骤：确定线性阵列孔径、阵列栅格点数n、理想方向图掩模向量mup、最小阵元间距阈值为dthreshold以及重加权容差项ε；
4、2)预处理步骤：获取理想方向图掩模向量维数k，计算空间响应矩阵ψ；
5、3)初始化步骤：初始化重加权向量其中，0表示初始值，即迭代次数p＝0，k表示阵列栅格序号变量，k＝[1,...,n]，t表示转置；
6、4)稀疏阵列权重向量第一次求解步骤：在设置的约束条件下通过迭代求解最小化重加权向量和阵列权重向量的哈达玛积的1-范数的凸优化问题得到稀疏阵列权重向量w；
7、其中，约束条件为：第p-1次迭代的阵列权重向量wp-1得到的方向图幅度小于mup且在最大辐射角度上幅度为1；第p-1次迭代计算凸优化问题的目标为最小化第p-1次的重加权向量rp-1和wp-1的哈达玛积的1-范数，第p-1次迭代结束后，更新得到第p次迭代的重加权向量中各元素后开始第p次迭代；满足迭代条件后得到w＝wp，不满足迭代条件则更新p＝p+1继续迭代；
8、5)合并间距较小的阵元簇：激励权重在w中的0元素所对应的阵元去掉，结合线性阵列孔径以及非0元素对应的阵元在天线阵列中的相对位置来确定非0元素对应的阵元在天线阵列中的具体位置；当连续非0元素对应的阵元彼此之间的距离小于dthreshold，则将这些阵元作为一个阵元簇，与其他阵元距离均大于等于dthreshold的阵元作为的单独一个阵元簇，阵元簇之间无交集，得到阵元簇的位置向量ds＝[d1,...,ds]t，再利用ds计算参考方向图b；其中s表示阵元簇的数量，di表示第i个阵元簇的位置，i＝[1,...,s]；对于阵列中的第i个簇，该簇中有mi个阵元，第i个阵元簇位置di为其对应的激励为
9、6)稀疏阵列权重向量第二次求解步骤：利用阵元簇位置di对应的激励来计算每个簇合并后得到的单个阵元的位置然后重新赋值给阵元位置向量再根据重新确定的位置向量得到新阵列方向图，最后通过迭代求解最小化新阵列方向图与参考方向图的差值的向量2-范数的凸优化问题得到阵元簇合并后的阵元激励向量将ws赋值给稀疏阵列权重向量w；
10、波束形成步骤：利用稀疏阵列权重向量w及其方向图完成对线性阵列的波束形成。
11、具体的，在求解步骤4)与步骤6)的凸优化问题时使用matlab cvx工具箱。
12、具体的，步骤6中的新阵列方向图通过aws表示，a为阵列矢量，其中，
13、
14、其中，ul为理想方向图掩模向量第l维的中间量ul＝sinθl，θl为理想方向图掩模向量第l维方向图观测角，l＝[1,...,k]；
15、参考方向图
16、具体的，利用阵元簇位置di对应的激励来更新计算每个阵元簇合并后得到的单个阵元的位置的具体方法为：
17、本专利技术的有益效果是，在基本不影响方向图主瓣宽度和旁瓣电平的情况下，尽可能减少稀疏阵列阵元个数并限制最小阵元间距，得到阵列稀疏度和方向图都较为理想的阵列综合方案。
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1.一种基于最小阵元间距约束的稀疏阵列波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，在求解步骤4)与步骤6)的凸优化问题时使用Matlab CVX工具箱。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤5中利用ds计算参考方向图b的具体方法为：
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤6中的新阵列方向图通过Aws表示，A为阵列矢量，
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，利用阵元簇位置di对应的激励来计算每个阵元簇合并后得到的单个阵元的位置的具体方法为：
6.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤4)中第p-1次迭代的阵列权重向量wp-1得到的方向图幅度的具体计算方法为：|Ψwp-1|，其中，Ψ为空间响应矩阵；
【技术特征摘要】
1.一种基于最小阵元间距约束的稀疏阵列波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，在求解步骤4)与步骤6)的凸优化问题时使用matlab cvx工具箱。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤5中利用ds计算参考方向图b的具体方法为：
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤6...
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