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基于辅助相位优化的交替投影阵列综合算法

万川;韩玉兵;盛卫星;马晓峰;张仁李

【摘要】本文提出一种新的方向图快速综合算法.该方法基于交替投影算法(AP),首

先对目标方向图幅度进行限制,其次引入了目标方向图相位变量并对其进行优化,得

到最佳目标方向图相位,最后结合临近分裂方法来求解有约束的最小二乘问题

(CLMS)以获得满足要求的激励.相比于其他AP类算法只对方向图幅度进行限制的

处理,本文对方向图相位的优化处理有助于提高算法的收敛速度和性能.实验结果表

明,无论有无激励约束的情况下,该算法均能取得良好的优化效果,且适用于任意阵列,

具有很好的推广能力.%Anewmethodoffastpatternsynthesisispresented

inthispaper.Undertheframeworkofalternatingprojection(AP),the

amplitudesofdesiredpatternisfirstlyconstrained.Thenthemethod

adoptsanauxiliaryphasefunctiontoobtaintheoptimizedphasesof

desiredpattern.Finally,therequiredexcitationscanbeobtainedfroma

constrainedleastmeansquares(CLMS),whichissolvedbytheproximal

splittingmethod.ComparedwithothermethodsbasedonAP,the

optimizationofpatternphaseishelpfultoimprovetheconvergencespeed

andperformanceofthealgorithm.Thesynthesizedresultsshowitshigh

performanceinthepatternsynthesiswithorwithoutexcitation

constraints.Theproposedmethodissuitableforthearbitraryarraysand

hasgoodgeneralizationcapability.

【期刊名称】《电子学报》

【年(卷),期】2017(045)011

【总页数】9页(P2602-2610)

【关键词】方向图综合;交替投影;方向图相位优化;阵中天线方向图;激励约束

【作者】万川;韩玉兵;盛卫星;马晓峰;张仁李

【作者单位】南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;南京理工

大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094;南京理工大学电子工程与光电技

术学院,江苏南京210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京

210094;南京理工大学电子工程与光电技术学院,江苏南京210094

【正文语种】中文

【中图分类】TN821.8

方向图综合问题可以看作为寻求最佳阵元激励系数的一般性优化问题.这类优化问

题包括最大化增益、最小化副瓣值、设计赋形波束等.在天线研究领域，阵列综合

问题是一个广泛的课题，它在很多领域都有应用，比如雷达、声呐、射电天文学和

卫星通信等[1].

在很多情况下，阵列综合问题的目的是使赋形波束的主瓣能够覆盖某一感兴趣的复

杂区域，并且为了避免区域外辐射以及由此导致的能量损失，赋形波束的旁瓣需要

尽可能的低[2,3].到目前为止，已出现了不少阵列波束赋形的理论和方法[4～9].早

期的Woodward-Lawson法最早适用于直线阵，后被延伸至圆阵和平面阵.由于

该类方法对主瓣波动度和旁瓣电平都缺乏控制，因而促使了Dolph-Chebyshev

分布和Taylor分布的出现.Dolph-Chebyshev法利用Chebyshev多项式的性质，

可以在已知主瓣宽度的情况下使旁瓣电平最小或者在已知方向图副瓣电平的情况下

使主瓣最窄.Taylor在Chebyshev分布的基础上提出了Taylor分布，其辐射特性

与Chebyshev分布相近，但其激励的幅度分布则比Chebyshev分布平缓，因而

Taylor分布在口径天线和阵列天线中获得了广泛应用