本發(fā)明涉及天線(xiàn)與微波技術(shù)，特別是一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法。

背景技術(shù)：

1、相控陣?yán)走_(dá)因其功能多、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、反應(yīng)時(shí)間短、數(shù)據(jù)率高、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高等特有的優(yōu)勢(shì)已在各軍用、民用領(lǐng)域充分利用。在氣象雷達(dá)領(lǐng)域，相控陣?yán)走_(dá)可將雷達(dá)掃描時(shí)間大幅縮減，大大提高對(duì)短時(shí)中小尺度對(duì)流天氣的預(yù)警能力。這使得相控陣體制的雷達(dá)在氣象領(lǐng)域廣受青睞。

2、然而，氣象探測(cè)需已知雷達(dá)的波束寬度，這就要求雷達(dá)在工作過(guò)程中保持穩(wěn)定的波束寬度、相對(duì)高的副瓣抑制。雖然相控陣?yán)走_(dá)的高可靠性使其在陣面部分通道故障的情況下依然穩(wěn)定工作，但陣面部分通道的損壞必然導(dǎo)致雷達(dá)波束的惡化。如何消除這種部分通道故障狀態(tài)下的波束惡化對(duì)其在氣象領(lǐng)域應(yīng)用造成的限制，是目前亟需解決的問(wèn)題。

3、申請(qǐng)?zhí)枮?02011044199.x的專(zhuān)利申請(qǐng)一種基于遺傳算法的波束賦形仿真設(shè)計(jì)方法。該方法通過(guò)不斷迭代優(yōu)化形成限制于兩條約束線(xiàn)之間的目標(biāo)波束，實(shí)現(xiàn)了40°的寬波束余割平方賦形方向圖。

4、但是，這種優(yōu)化方法無(wú)法在陣面有故障通道的情況下使用，無(wú)法滿(mǎn)足氣象領(lǐng)域在陣面部分通道故障情況下保持穩(wěn)定波束寬度、相對(duì)高的副瓣抑制要求。

5、綜上所述，亟需將故障通道納入波束賦形算法，形成去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持算法，以滿(mǎn)足氣象領(lǐng)域?qū)Σㄊ螤罘€(wěn)定的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法。該方法通過(guò)雷達(dá)監(jiān)測(cè)鏈路反饋的故障通道信息自適應(yīng)優(yōu)化出剩余正常通道的最優(yōu)幅相，去除故障化通道影響，維持波束寬度、副瓣抑制等指標(biāo)穩(wěn)定，滿(mǎn)足氣象領(lǐng)域應(yīng)用需求。

2、本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

3、一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法，包括以下設(shè)計(jì)步驟：

4、步驟一：通過(guò)雷達(dá)內(nèi)外監(jiān)測(cè)手段獲取雷達(dá)陣面故障通道信息；

5、步驟二：建立進(jìn)化目標(biāo)，該進(jìn)化目標(biāo)分別規(guī)定了雷達(dá)波束的最大值和最小值；

6、步驟三：代入故障通道信息建立第一代種群，并將第一代種群種所有個(gè)體的故障通道對(duì)應(yīng)的基因值置零；第一代種群表示為pn{gi}；i∈[1…m]；n∈[1…n]，其中g(shù)i表示各通道幅相信息對(duì)應(yīng)的基因值，故障通道對(duì)應(yīng)的基因值置零，即對(duì)應(yīng)的gi＝0，種群數(shù)量為n，pn是第n個(gè)個(gè)體，基因的數(shù)量為m；

7、步驟四：根據(jù)陣面特征建立適應(yīng)度函數(shù)c＝lg(∑max(d-f,0)+∑max(f-u,0))，其中u和d分別為進(jìn)化目標(biāo)上下限，f為種群中個(gè)體計(jì)算得到的陣面輻射波束結(jié)果；

8、步驟五：對(duì)第一代種群進(jìn)行適應(yīng)度評(píng)價(jià)，對(duì)每個(gè)個(gè)體進(jìn)行評(píng)分并排序；

9、步驟六：設(shè)置擇優(yōu)區(qū)，在擇優(yōu)區(qū)中隨機(jī)選出父?jìng)€(gè)體和母?jìng)€(gè)體，并隨機(jī)選出基因斷點(diǎn)，將父?jìng)€(gè)體和母?jìng)€(gè)體的基因片段交換，生成一對(duì)子個(gè)體；

10、步驟七：設(shè)置基因變異因子c，基因變異最大范圍r，基因變異范圍△＝r(e-δt-e-δ)，其中，t是進(jìn)化時(shí)間；隨機(jī)變異基因個(gè)數(shù)和位置，在此過(guò)程中，將故障通道對(duì)應(yīng)基因位置的變異量置零；即鎖定故障通道對(duì)應(yīng)的基因，使其在進(jìn)化中不變異；

11、步驟八：按照配對(duì)次數(shù)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)數(shù)量的子代個(gè)體，并將子代群體和父代種群一起進(jìn)行適應(yīng)度評(píng)分并排序，擇選并只保留種群數(shù)量規(guī)定的個(gè)體數(shù)，此處即種群數(shù)量n；

12、步驟九：重復(fù)進(jìn)化過(guò)程，直至達(dá)到指定的進(jìn)化次數(shù)或最佳個(gè)體對(duì)應(yīng)的波束結(jié)果完全符合進(jìn)化目標(biāo)；

13、步驟十：驗(yàn)證得到的通道幅相是否滿(mǎn)足波束保持要求。

14、所述步驟一中通過(guò)雷達(dá)內(nèi)外監(jiān)測(cè)手段獲取雷達(dá)陣面故障通道信息，故障通道信息包括故障通道的位置，所有故障通道在使用過(guò)程中不輻射能量。

15、所述步驟二中建立進(jìn)化目標(biāo)，進(jìn)化目標(biāo)可對(duì)波束寬度、副瓣等指標(biāo)做出約束；進(jìn)化目標(biāo)根據(jù)指標(biāo)要求進(jìn)行，進(jìn)化的主旨是使波束在保證波束寬度不變的情況下達(dá)到高副瓣抑制，或者是使波束保證最高副瓣抑制并反饋波束寬度情況。

16、所述步驟三中代入故障通道信息建立第一代種群pn{gi}；i∈[1…m]；n∈[1…n]，g0的信息由步驟一中獲取的故障通道信息得到，基因數(shù)量為m由陣列中通道數(shù)量決定，種群數(shù)量為n由算法需要的精度和速度來(lái)設(shè)置。

17、所述步驟四中建立適應(yīng)度函數(shù)，優(yōu)化目標(biāo)上限u和下限d以及輻射波束結(jié)果f的計(jì)算點(diǎn)數(shù)相同，并且與空域角度一一映射。

18、所述步驟六中設(shè)置擇優(yōu)區(qū)，擇優(yōu)區(qū)是選擇父母?jìng)€(gè)體的選擇范圍，按照適應(yīng)度評(píng)分，劃定優(yōu)選范圍，該范圍可調(diào)整；隨機(jī)選出基因斷點(diǎn)，基因斷點(diǎn)的數(shù)量可調(diào)整，即父母?jìng)€(gè)體基因片段交換的位置和次數(shù)可以是多次隨機(jī)位置進(jìn)行的。

19、所述步驟七中設(shè)置基因變異因子c，基因變異最大范圍r，基因變異范圍

20、△＝r(e-δt-e-δ)，其中，t是進(jìn)化時(shí)間，基因變異因子c、基因變異最大范圍r均是常數(shù)，且可調(diào)整，其確定了變異的程度；基因變化范圍是隨進(jìn)化時(shí)間不短變小的量，進(jìn)化時(shí)間對(duì)應(yīng)算法中的進(jìn)化次數(shù)；將故障通道對(duì)應(yīng)基因位置的變異量置零：通過(guò)步驟一中獲取的故障通道信息將對(duì)應(yīng)基因變異量置零，即保證在進(jìn)化過(guò)程中，故障通道對(duì)應(yīng)的基因值始終是零，不參與進(jìn)化過(guò)程。

21、所述步驟九直至達(dá)到指定的進(jìn)化次數(shù)或最佳個(gè)體對(duì)應(yīng)的波束結(jié)果完全符合進(jìn)化目標(biāo)，進(jìn)化結(jié)果并不唯一，該步驟可多次進(jìn)行，取得多個(gè)不同的進(jìn)化結(jié)果。

22、所述步驟十中驗(yàn)證算法得到的通道幅相是否滿(mǎn)足波束保持要求，需使算法得到的通道幅相結(jié)果滿(mǎn)足雷達(dá)各通道幅相量化要求，應(yīng)用于實(shí)際雷達(dá)陣面，通過(guò)電磁仿真軟件驗(yàn)證各通道幅相量化后波束結(jié)果；多次進(jìn)行步驟三到九，驗(yàn)證并取步驟九中進(jìn)化結(jié)果中的最優(yōu)結(jié)果。

23、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：1、在陣面故障率范圍內(nèi)通過(guò)去局部故障化通道自適應(yīng)算法完成了陣面波束保持功能，以低成本方式保障了陣面的高可靠性、高穩(wěn)定性和高有效性。

24、2、只需通過(guò)內(nèi)外監(jiān)測(cè)功能反饋的故障通道信息，即可進(jìn)行陣面波束的保持優(yōu)化，在各種故障率范圍內(nèi)均可應(yīng)用，適用故障范圍廣。

25、3、波束保持過(guò)程中，保障陣面波束的波束寬度不變、副瓣維持高抑制，完全滿(mǎn)足氣象雷達(dá)應(yīng)用需求。

技術(shù)特征：

1.一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法，其特征在于包括以下設(shè)計(jì)步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法，其特征在于所述步驟一中通過(guò)雷達(dá)內(nèi)外監(jiān)測(cè)手段獲取雷達(dá)陣面故障通道信息，故障通道信息包括故障通道的位置，所有故障通道在使用過(guò)程中不輻射能量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法，其特征在于所述步驟二中建立進(jìn)化目標(biāo)，進(jìn)化目標(biāo)可對(duì)波束寬度、副瓣等指標(biāo)做出約束；進(jìn)化目標(biāo)根據(jù)指標(biāo)要求進(jìn)行，進(jìn)化的主旨是使波束在保證波束寬度不變的情況下達(dá)到高副瓣抑制，或者是使波束保證最高副瓣抑制并反饋波束寬度情況。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法，其特征在于所述步驟三中代入故障通道信息建立第一代種群pn{gi}；i∈[1…m]；n∈[1…n]，g0的信息由步驟一中獲取的故障通道信息得到，基因數(shù)量為m由陣列中通道數(shù)量決定，種群數(shù)量為n由算法需要的精度和速度來(lái)設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法，其特征在于所述步驟四中建立適應(yīng)度函數(shù)，優(yōu)化目標(biāo)上限u和下限d以及輻射波束結(jié)果f的計(jì)算點(diǎn)數(shù)相同，并且與空域角度一一映射。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法，其特征在于所述步驟六中設(shè)置擇優(yōu)區(qū)，擇優(yōu)區(qū)是選擇父母?jìng)€(gè)體的選擇范圍，按照適應(yīng)度評(píng)分，劃定優(yōu)選范圍，該范圍可調(diào)整；隨機(jī)選出基因斷點(diǎn)，基因斷點(diǎn)的數(shù)量可調(diào)整，即父母?jìng)€(gè)體基因片段交換的位置和次數(shù)可以是多次隨機(jī)位置進(jìn)行的。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法，其特征在于所述步驟七中設(shè)置基因變異因子c，基因變異最大范圍r，基因變異范圍△＝r(e-δt-e-δ)，其中，t是進(jìn)化時(shí)間，基因變異因子c、基因變異最大范圍r均是常數(shù)，且可調(diào)整，其確定了變異的程度；基因變化范圍是隨進(jìn)化時(shí)間不短變小的量，進(jìn)化時(shí)間對(duì)應(yīng)算法中的進(jìn)化次數(shù)；將故障通道對(duì)應(yīng)基因位置的變異量置零：通過(guò)步驟一中獲取的故障通道信息將對(duì)應(yīng)基因變異量置零，即保證在進(jìn)化過(guò)程中，故障通道對(duì)應(yīng)的基因值始終是零，不參與進(jìn)化過(guò)程。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法，其特征在于所述步驟九直至達(dá)到指定的進(jìn)化次數(shù)或最佳個(gè)體對(duì)應(yīng)的波束結(jié)果完全符合進(jìn)化目標(biāo)，進(jìn)化結(jié)果并不唯一，該步驟可多次進(jìn)行，取得多個(gè)不同的進(jìn)化結(jié)果。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法，其特征在于所述步驟十中驗(yàn)證算法得到的通道幅相是否滿(mǎn)足波束保持要求，需使算法得到的通道幅相結(jié)果滿(mǎn)足雷達(dá)各通道幅相量化要求，應(yīng)用于實(shí)際雷達(dá)陣面，通過(guò)電磁仿真軟件驗(yàn)證各通道幅相量化后波束結(jié)果；多次進(jìn)行步驟三到九，驗(yàn)證并取步驟九中進(jìn)化結(jié)果中的最優(yōu)結(jié)果。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種去局部故障化通道自適應(yīng)波束保持方法。本發(fā)明通過(guò)雷達(dá)監(jiān)測(cè)鏈路反饋的故障通道信息自適應(yīng)優(yōu)化出剩余正常通道的最優(yōu)幅相，去除故障化通道影響，維持波束寬度、副瓣抑制等指標(biāo)穩(wěn)定，滿(mǎn)足氣象領(lǐng)域應(yīng)用需求。

技術(shù)研發(fā)人員：楊磊,張喬,孫磊,王真,于大群,官林海,劉新安
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第十四研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9