一種基于陣元域數(shù)據(jù)的陣列多指標(biāo)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于陣元域數(shù)據(jù)的陣列多指標(biāo)優(yōu)化方法，特別是設(shè)及一種適用于 基于陣元域數(shù)據(jù)的陣列多指標(biāo)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的陣列波束優(yōu)化技術(shù)是利用陣列數(shù)據(jù)權(quán)值對(duì)陣列指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，指標(biāo)包括副 瓣級(jí)大小、主波束位置、其他方向零陷位置等。現(xiàn)有技術(shù)中，常規(guī)波束形成方法就是對(duì)主波 束位置進(jìn)行優(yōu)化;MVDR方法是對(duì)主波束位置、其他零陷方向兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化；切比雪夫 加權(quán)方法可W對(duì)主波束位置、副瓣級(jí)大小進(jìn)行優(yōu)化等。然而實(shí)際情況中，少數(shù)幾個(gè)指標(biāo)的優(yōu) 化對(duì)工程實(shí)際應(yīng)用的作用有限，往往更希望能夠同時(shí)對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠同時(shí)對(duì)陣列主波束位置、副瓣級(jí)和零陷 位置指標(biāo)同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到提升陣列處理性能的目的的，基于陣元域數(shù)據(jù)的陣列多指標(biāo) 優(yōu)化方法。
[0004] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種基于陣元域數(shù)據(jù)的陣列多指標(biāo)優(yōu)化方法，具體 方法步驟為：
[0005] 步驟一、利用陣列和待接收信號(hào)的基本信息，確定陣列流型模型；
[0006] 步驟二、對(duì)陣列的陣元位置誤差、通道幅度誤差、相位誤差和陣元間互禪誤差進(jìn)行 校正；
[0007] 步驟=、對(duì)陣列中各陣元進(jìn)行加權(quán)，構(gòu)建凸優(yōu)化目標(biāo)數(shù)學(xué)表達(dá)式和凸優(yōu)化目標(biāo)條 件，使陣列的主波束位置、副瓣級(jí)和零陷位置指標(biāo)能夠同時(shí)得到優(yōu)化；
[0008] 步驟四、求解滿足所述凸優(yōu)化目標(biāo)條件的各組權(quán)值，將各組權(quán)值帶入所述凸優(yōu)化 目標(biāo)數(shù)學(xué)表達(dá)式中，得出并存儲(chǔ)各組權(quán)值所對(duì)應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)值，得到優(yōu)化目標(biāo)值最小的一 組陣元域加權(quán)值；
[0009] 步驟五、將求得的優(yōu)化目標(biāo)值最小的一組陣元域加權(quán)值乘到對(duì)應(yīng)的陣元數(shù)據(jù)上， 完成陣列優(yōu)化。
[0010] 所述基本信息包括：布陣方式、陣元數(shù)M、陣元間距t待成主波束位置0d和信號(hào) 頻率f。
[0011] 在所述步驟一中，陣列流型能夠表示為：眉0d) = [U-j氣…e-W'wwdf，其中^d= 2 3idsin(0d)/A，A=c/tc為介質(zhì)中波的傳輸速度，[-r表示對(duì)矩陣作轉(zhuǎn)置運(yùn)算。
[0012] 所述步驟二的具體方法為：對(duì)陣列輸入?yún)?shù)已知的信號(hào)，測(cè)量陣列中信號(hào)參數(shù)的 變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列誤差進(jìn)行標(biāo)校。記錄標(biāo)校矩陣為c(0d)，則校正后的陣列流型4(0d)可 W表示為：Ac(0d) =C(0d)A(0d)。
[0013] 所述步驟=的具體方法步驟為：
[0014] 1、對(duì)陣列中各陣元通道數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，權(quán)值為W;
[0015] 2、指定的零陷方向?yàn)?。，主瓣外且非0。方向的其他方向?yàn)?。^。，預(yù)先設(shè)定的副 瓣值為nudehbe;使得陣列在0d生成主波束，在0。方向產(chǎn)生零陷，且陣列的副瓣級(jí)小于指 定值nsid。l。b。;構(gòu)造凸優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)表述為：min(max(油s(A。（0)?w)));其中min表示數(shù) 據(jù)取最小值，max表示對(duì)數(shù)據(jù)取最大值；
[0016] 3、構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)條件：使陣列輸出功率最大值最小時(shí)的權(quán)值W同時(shí)滿足如下凸優(yōu) 化目標(biāo)條件：Ac(目d).W= 1，且Ac(目n) ?W= 0,且 201〇g{(油S[Ac(目elJ?W]}《risidelobe。
[0017] 在所述步驟四中，通過(guò)凸優(yōu)化的方法求解滿足目標(biāo)優(yōu)化條件4(0 d)-W= 1，且 Ac(目。）?￥ = 0,且201〇g{(油S[A。（目else) *W]}《Tlsidelebe的各組權(quán)值，將各組權(quán)值不斷帶 入凸優(yōu)化目標(biāo)表達(dá)式min(max(油S(4(0) -W)))中，存儲(chǔ)下各組權(quán)值對(duì)應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)值， 進(jìn)而不斷迭代掃描得到滿足優(yōu)化目標(biāo)值最小的陣元域加權(quán)值W。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用的陣元域陣列指標(biāo)優(yōu)化的方 法，通過(guò)同時(shí)對(duì)主波束位置、副瓣級(jí)和零陷位置指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)獲得陣列上述指標(biāo)的最 優(yōu)值；方法求解出的是權(quán)值的數(shù)值解，因而可W得到同時(shí)滿足各項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)值；同時(shí)預(yù) 先存儲(chǔ)得到陣列不同位置的最優(yōu)權(quán)值，工程實(shí)際應(yīng)用時(shí)可根據(jù)預(yù)成波束方向進(jìn)行調(diào)用即 可。有效擴(kuò)展應(yīng)用范圍，且通過(guò)存儲(chǔ)優(yōu)化后權(quán)值能夠有效降低工程實(shí)現(xiàn)時(shí)的復(fù)雜程度。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明陣列指標(biāo)優(yōu)化處理流程示意圖。
[0020] 圖2為本發(fā)明其中一實(shí)施例的36元平面陣陣元位置。
[0021] 圖3為圖2所示實(shí)施例的優(yōu)化后得到的權(quán)值W。
[0022] 圖4為圖2所示實(shí)施例的陣列加權(quán)后的波束圖。
[0023] 圖5為圖4所示波束圖中的零陷位置放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0025] 本說(shuō)明書（包括摘要和附圖）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效 或者具有類似目的的替代特征加W替換。目P，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類 似特征中的一個(gè)例子而已。
[0026] 按照如圖1所示的處理流程，在本具體實(shí)施例中，仿真采用36元均勻平面陣，接 收波束形成方向?yàn)?d=60。，零陷方向?yàn)?。=30。，預(yù)先設(shè)定陣列副瓣值為nMdehb。 =-20地。對(duì)陣列進(jìn)行誤差校正，校正后的36元平面陣陣元位置如圖2所示。
[0027]構(gòu)建優(yōu)化條件，尋找權(quán)值W使得陣列的主波束方向?yàn)?0°，零陷方向?yàn)?0°，陣列 副瓣值統(tǒng)一為-20地。求解滿足上述條件，且使得優(yōu)化目標(biāo)min(max(油S(A(目），w)))為最 小的優(yōu)化問(wèn)題，優(yōu)化得到的一組36個(gè)權(quán)值如圖3所示。
[002引利用求得的優(yōu)化權(quán)值，對(duì)陣元通道數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，得到的陣列輸出波束圖如圖4、圖5所示。
[0029] 綜上可知，本發(fā)明所提出的方法，能夠?qū)χ鞑ㄊ恢?、副瓣?jí)和零陷位置等陣列指 標(biāo)同時(shí)優(yōu)化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于陣元域數(shù)據(jù)的陣列多指標(biāo)優(yōu)化方法，具體方法步驟為： 步驟一、利用陣列和待接收信號(hào)的基本信息，確定陣列流型模型； 步驟二、對(duì)陣列的陣元位置誤差、通道幅度誤差、相位誤差和陣元間互耦誤差進(jìn)行校 正； 步驟三、對(duì)陣列中各陣元進(jìn)行加權(quán)，構(gòu)建凸優(yōu)化目標(biāo)數(shù)學(xué)表達(dá)式和凸優(yōu)化目標(biāo)條件； 步驟四、求解滿足所述凸優(yōu)化目標(biāo)條件的各組權(quán)值，將各組權(quán)值帶入所述凸優(yōu)化目標(biāo) 數(shù)學(xué)表達(dá)式中，得出并存儲(chǔ)各組權(quán)值所對(duì)應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)值，得到優(yōu)化目標(biāo)值最小的一組陣 元域加權(quán)值； 步驟五、將求得的優(yōu)化目標(biāo)值最小的一組陣元域加權(quán)值乘到對(duì)應(yīng)的陣元數(shù)據(jù)上，完成 陣列優(yōu)化； 所述基本信息包括：布陣方式、陣元數(shù)M、陣元間距d、待成主波束位置Θd和信號(hào)頻率 fo2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列多指標(biāo)優(yōu)化方法，所述步驟二的具體方法為：對(duì)陣列輸 入?yún)?shù)已知的信號(hào)，測(cè)量陣列中信號(hào)參數(shù)的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)陣列誤差進(jìn)行標(biāo)校。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陣列多指標(biāo)優(yōu)化方法，所述步驟三的具體方法步驟為： 1、 對(duì)陣列中各陣元通道數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)，權(quán)值為w; 2、 指定的零陷方向?yàn)棣圈?，主瓣外且非θη方向的其他方向?yàn)棣╠%，預(yù)先設(shè)定的副瓣值 為11-1。1)(3;構(gòu)造凸優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)表述為：111；[11(11^祕(mì)8(厶 (:（0)*￥)));其中111；[11表示數(shù)據(jù) 取最小值，max表示對(duì)數(shù)據(jù)取最大值； 3、 構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)條件：使陣列輸出功率最大值最小時(shí)的權(quán)值w同時(shí)滿足如下凸優(yōu)化目 標(biāo)條件：AC(Θd) ·w = 1，且Ac(θn) ·w = 〇,且 201og{(abs[Ac(Θelse) · w]}彡risidelcibe。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于陣元域數(shù)據(jù)的陣列多指標(biāo)優(yōu)化方法。首先，利用陣列和待接收信號(hào)的基本信息，確定陣列流型模型；其次，對(duì)陣列的陣元位置誤差、通道幅度誤差、相位誤差和陣元間互耦誤差進(jìn)行校正；然后，對(duì)陣列中各陣元進(jìn)行加權(quán)，構(gòu)建凸優(yōu)化目標(biāo)數(shù)學(xué)表達(dá)式和凸優(yōu)化目標(biāo)條件；求解滿足凸優(yōu)化目標(biāo)條件的各組權(quán)值，將各組權(quán)值帶入凸優(yōu)化目標(biāo)數(shù)學(xué)表達(dá)式，得出并存儲(chǔ)各組權(quán)值所對(duì)應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)值，得到優(yōu)化目標(biāo)值最小的一組陣元域加權(quán)值；將求得的優(yōu)化目標(biāo)值最小的一組陣元域加權(quán)值乘到對(duì)應(yīng)的陣元數(shù)據(jù)上，完成陣列優(yōu)化。本發(fā)明通過(guò)同時(shí)對(duì)陣列主波束位置、副瓣級(jí)和零陷位置指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)獲得陣列上述指標(biāo)的最優(yōu)值達(dá)到提升陣列處理性能的目的。
【IPC分類】H04W24/02, H04W16/28
【公開號(hào)】CN105430668
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510726125
【發(fā)明人】馬巍, 馮敬偉, 廖長(zhǎng)江
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所
【公開日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年10月30日