一种阵列天线方向图优化方法、系统、装置与存储介质

本申请涉及天线阵列设计，尤其是一种阵列天线方向图优化方法、系统、装置与存储介质。

背景技术：

1、天线方向图是考察天线覆盖效果的指标，它的优劣直接决定无线通信系统是否能够正常工作。根据系统要求的天线指标和波束形状求解阵列天线的激励幅度、相位、单元间距的过程称为方向图综合。阵列天线方向图综合的方法主要是通过对阵因子方向图进行设计，然后按照方向图乘机原理最终求解出工程需要的天线的方向图。在不同应用场合下对天线方向图有不同的要求，综合多样的天线方向图就变的非常重要。早期的天线方向图综合方法都是针对某一特定问题提出的，如切比雪夫综合方法和泰勒综合方法主要用来解决阵列天线低副瓣的设计问题，伍德福德方法适用于扇形方向图的综合，贝力斯方法适用于差方向图综合。这些方法往往由于其算法局限性导致综合速度比较慢。因此，相关技术中仍存在需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

2、为此，本申请实施例的一个目的在于提供一种阵列天线方向图优化方法、系统、装置与存储介质，该方法可以根据可以提高天线方向图优化速度。

3、为了达到上述技术目的，本申请实施例所采取的技术方案包括：一种阵列天线方向图优化方法，包括：

4、在仿真软件中构建均匀阵列天线并设置阵列天线的约束波束宽度；

5、关闭所述均匀阵列天线中的若干个天线阵元，生成天线稀疏阵；

6、通过遗传算法优化所述天线稀疏阵，并调整所述天线稀疏阵的波束宽度，以使所述波束宽度大于或者等于所述约束波束宽度，得到优化天线阵列方向图。

7、另外，根据本发明中上述实施例的一种阵列天线方向图优化方法，还可以有以下附加的技术特征：

8、进一步地，本申请实施例中，所述天线稀疏阵的稀疏率为0.4。

9、进一步地，本申请实施例中，所述关闭所述均匀阵列天线中的若干个天线阵元，生成天线稀疏阵这一步骤，具体包括：

10、关闭所述均匀阵列天线中的60个天线阵元，生成稀疏率为0.4的天线稀疏阵。

11、进一步地，本申请实施例中，所述通过遗传算法优化所述天线稀疏阵，并调整所述天线稀疏阵的波束宽度，以使所述波束宽度大于或者等于所述约束波束宽度，得到优化天线阵列方向图这一步骤，具体包括：

12、建立初始种群并以初始群体作为迭代种群；

13、计算所述迭代种群的适应度函数；

14、判断群体性能是否满足收敛条件或者已完成预定迭代次数，若满足收敛条件或者已完成预定迭代次数，则输出目标稀疏阵列单元的位置，

15、若不满足收敛条件或者未完成预定迭代次数，运用选择、交叉和变异算子作用于所述初始种群，形成下一代群体并以所述下一代群体作为迭代群体后返回这步骤计算所述迭代种群的适应度函数；

16、计算所述目标稀疏阵列的波束宽度，当所述目标稀疏阵列的波束宽度不满足第一约束条件，则返回步骤建立初始种群并以初始群体作为迭代种群；

17、当所述目标稀疏阵列的波束宽度满足第一约束条件，得到优化天线阵列方向图；所述优化天线阵列方向图的所述波束宽度大于或者等于所述约束波束宽度。

18、进一步地，本申请实施例中，所述收敛条件为适应度函数(x)=max（s（θ）），其中s（θ）为所述阵列天线的阵因子表达式。

19、进一步地，本申请实施例中，所述第一约束条件为bw≤bwc，其中bw为迭代过程中阵列天线的当前次迭代的波速宽度，bwc为预设的波速宽度。

20、进一步地，本申请实施例中，所述计算所述目标稀疏阵列的波束宽度这一步骤，具体包括：

21、通过第一计算公式组生成稀疏阵列的波束宽度，其中所述第一计算公式组包括：

22、

23、

24、a为一次项系数，b为常数，k为波数，xn为第n个稀疏阵列单元横坐标，in为第n个阵列单元的馈电幅度，为粗估计的波束宽度位置，为稀疏阵列单元横坐标的方差。

25、另一方面，本申请实施例还提供一种阵列天线方向图优化系统，包括：

26、获取单元，用于在仿真软件中构建均匀阵列天线并设置阵列天线的约束波束宽度；

27、第一处理单元，用于关闭所述均匀阵列天线中的若干个天线阵元，生成天线稀疏阵；

28、第二处理单元，用于通过遗传算法优化所述天线稀疏阵，并调整所述天线稀疏阵的波束宽度，以使所述波束宽度大于或者等于所述约束波束宽度，得到优化天线阵列方向图。

29、另一方面，本申请还提供一种阵列天线方向图优化装置，包括：

30、至少一个处理器；

31、至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

32、当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如
技术实现要素：
中任一项所述一种阵列天线方向图优化方法。

33、此外，本申请还提供一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行如上述任一项所述一种阵列天线方向图优化方法。

34、本申请的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到：

35、本申请可以在仿真软件中构建均匀阵列天线并设置阵列天线的约束波束宽度；然后关闭所述均匀阵列天线中的若干个天线阵元，生成天线稀疏阵；最后通过遗传算法优化所述天线稀疏阵，并调整所述天线稀疏阵的波束宽度，以使所述波束宽度大于或者等于所述约束波束宽度，快速得到优化天线阵列方向图。本申请可以快速优化天线阵列方向图。

技术特征：

1.一种阵列天线方向图优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述一种阵列天线方向图优化方法，其特征在于，所述天线稀疏阵的稀疏率为0.4。

3.根据权利要求2所述一种阵列天线方向图优化方法，其特征在于，所述关闭所述均匀阵列天线中的若干个天线阵元，生成天线稀疏阵这一步骤，具体包括：

4.根据权利要求1所述一种阵列天线方向图优化方法，其特征在于，所述通过遗传算法优化所述天线稀疏阵，并调整所述天线稀疏阵的波束宽度，以使所述波束宽度大于或者等于所述约束波束宽度，得到优化天线阵列方向图这一步骤，具体包括：

5.根据权利要求4所述一种阵列天线方向图优化方法，其特征在于，所述收敛条件为适应度函数f(x)＝max(s(θ))，θ∈[0°，90°-b0/2]，其中s(θ)为所述阵列天线的阵因子表达式，b0为预设的需去除的波束宽度范围。

6.根据权利要求4所述一种阵列天线方向图优化方法，其特征在于，所述第一约束条件为bw≤bwc，其中bw为迭代过程中阵列天线的当前次迭代的波速宽度，bwc为预设的波速宽度。

7.根据权利要求4所述一种阵列天线方向图优化方法，其特征在于，所述计算所述目标稀疏阵列的波束宽度这一步骤，具体包括：

8.一种阵列天线方向图优化系统，其特征在于，包括：

9.一种阵列天线方向图优化装置，其特征在于包括：

10.一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，其特征在于，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行如权利要求1-7任一项所述一种阵列天线方向图优化方法。

技术总结
本申请公开了一种阵列天线方向图优化方法、系统、装置和存储介质，其中方法包括以下步骤：在仿真软件中构建均匀阵列天线并设置阵列天线的约束波束宽度；关闭所述均匀阵列天线中的若干个天线阵元，生成天线稀疏阵；通过遗传算法优化所述天线稀疏阵，并调整所述天线稀疏阵的波束宽度，以使所述波束宽度大于或者等于所述约束波束宽度，得到优化天线阵列方向图。本方法可以提高阵列天线方向图的优化速度。本申请可广泛应用于天线阵列设计技术领域。

技术研发人员：余逸文,张毅,叶子翔,李宗浩,蒋志国,孙厚军
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/5