基于子阵激励能量匹配的多子阵交错阵列设计

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1、2016年11月北京航空航天大学学报November2016第42卷第11期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVol·42No·11http：f}bhxb．buaa．edu．cajbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0680基于子阵激励能量匹配的多子阵交错阵列设计李龙军1一，王布宏1一，夏春和2，刘新波1，曹帅1(1．空军工程大学信息与导航学院，西安710077；2．北京航空航天

2、大学计算机学院，北京100083)摘要：多子阵稀疏交错共享孔径阵列天线是实现多功能阵列天线设计的有效途径。提出了一种基于子阵激励能量匹配的多子阵稀疏交错优化方法。根据均匀线阵激励与其方向图之间存在的傅里叶变换关系，该方法首先通过快速傅里叶变换(FFT)获得特定方向图的激励频谱能量分布，然后分析均匀线阵目标方向图频谱能量的分布特征，采用交叉选取子阵激励的方法，确定各子阵单元位置，使得阵列天线单元激励能量均匀分配，从而确保各子阵方向图近似一致。在此基础上通过迭代FFT的方法降低各子阵天线方向图旁瓣峰值(PSL)，实现

3、低旁瓣，同性能的多子阵交错共享孔径阵列天线设计。仿真研究与实验表明，通过本文提出多子阵交错方法设计的共享孔径多稀疏交错子阵具有运算量小、孔径利用率高、各子阵峰值旁瓣电平低且拥有相似方向图的优点。利用子阵交错的方法，通过控制各子阵主波瓣指向，能轻松实现多波束指向的多功能阵列天线设计。关键词：多子阵交错；共享孔径；迭代快速傅里叶变换(FFT)；多功能阵列天线；旁瓣电平中图分类号：TN820文献标识码：A文章编号：1001．5965(2016)11-2395438随着定位导航和通信技术的不断发展，航电雷达系统的高度集成

4、化和功能多样化使得机载天线的数量和复杂程度大幅增加，这些都对阵列天线设计提出了新的挑战¨。。。共享孔径阵列天线能够通过孔径的空分复用，使用交错布置于同一个天线孑L径的不同子阵完成不同功能。这种方法不但可以减少机载天线的数量，节省平台空间，而且可以有效避免天线单元间的电磁兼容问题。但目前为止，对多子阵交错稀疏布阵有效方法的研究还比较少。如何使阵列天线的稀疏优化方法和交错方法有机结合，设计出旁瓣峰值(PSL)电平低和方向图性能近似一致的交错子阵是当前迫切需要解决的问题。多子阵交错稀疏优化布阵的关键问题在于如何在保证子

5、阵方向图性能近似一致的情况下减小子阵方向图的旁瓣峰值，目前已有一些学者对此类问题提出了探索性的解决方案，并取得了不错的效果。研究主要集中在利用差集与互补差集及其延拓实现多子阵的交错稀疏布阵。文献[3．5]利用循环差集及其“补集”实现了多子阵的稀疏交错布阵，并将其成功地应用于宽带天线、极化捷变天线和雷达收发双置天线的综合设计。文献[6—8]利用几乎差集对两子阵的稀疏交错优化设计进行了深人研究，并将其应用于极化捷变天线的综合和超声成像收发双置天线的设计。但现有的差集还比较少，基于差集的交错稀疏优化方法还只能对一些阵元

6、数量特定的部分阵列进行优化，而且产生的交错子阵方向图旁瓣峰值还有进一步优化的空间。文献[9．10]利用遗传算法设计了两子阵交错布阵的共享孑L径线阵天线，并将其收稿日期：2015-10-20；录用日期：2015．12-25；网络出版时间：2016-01-2115：47网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detaiL／11．2625．V．20160121．1547．010．html基金项目：国家自然科学基金(61172148)$通讯作者：Tel．：029-84791762E-mail：wbhyl@ali

7、yun．corn引用格式：李龙军，王布宏，夏春和，等．基于子阵激励能量匹配的多子阵交错阵列设计eJ]．北京航空航天大学学报．2016．42(11)：2395—2402．LJLJ，WANGBH，XIACH，eta1．Designofarraywithmultipleinterleavedsubarraysbasedonsubarrayexcitationenergy—matchinglJ]．JournalofBeOingUniversityofAeronauticsandAstronautics．2016，42(I

8、1)：2395．2402(inChinese)．2396北京航空航天大学学报2016年成功应用于单脉冲和差波束阵列天线的实现。但对于大孔径多子阵的稀疏交错共享孑L径天线，遗传算法存在优化目标函数过多，收敛速度慢，运算效率低，容易陷入局部最优等缺陷。迭代快速傅里叶变换(FFT)算法利用均匀阵列天线方向图与阵元激励间存在的傅里叶变换的关系，通过对阵元激励的优化选择，实现稀疏、