(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书 | ||
(10)申请公布号 CN 113901684 A (43)申请公布日 2022.01.07 | ||
(21)申请号 CN202111144573.8
(22)申请日 2021.09.28
(71)申请人 中国科学院国家空间科学中心
地址 100190 北京市海淀区中关村南二条1号
(72)发明人 赵晓雯 张云华
(74)专利代理机构 11472 北京方安思达知识产权代理有限公司
代理人 陈琳琳;杨青
(51)Int.CI
G06F30/23(20200101)
权利要求说明书 说明书 幅图 |
(54)发明名称
一种基于无栅格压缩感知的稀布同心圆环阵天线设计方法 | |
(57)摘要
本发明公开了一种基于无栅格压缩感知的稀布同心圆环阵天线设计方法，所述方法包括：以最小化圆环数为优化目标，以圆环半径与连续电流环激励为优化变量，基于同心圆环阵方向图的贝塞尔近似，建立最小化圆环数的稀布同心圆环阵优化模型；由K个观测角形成期望方向图测量列矢量和稀布同心圆环阵方向图的矢量表达式；基于无栅格压缩感知技术，结合稀布同心圆环阵方向图的矢量表达式，对稀布同心圆环阵优化模型进行正则化处理；根据正则化建立广义压缩感知优化模型；采用交替优化策略对广义压缩感知优化模型进行求解，计算出圆环数、圆环半径以及连续电流环的激励值；采用圆环上均匀分布的阵元数代替连续电流环，得到稀布同心圆环阵。 | |
法律状态
法律状态公告日 | 法律状态信息 | 法律状态 |
2022-01-25 | 实质审查的生效 | 实质审查的生效 |
2022-01-07 | 公开 | 公开 |
权 利 要 求 说 明 书
1.一种基于无栅格压缩感知的稀布同心圆环阵天线设计方法,所述方法包括:
步骤1)以最小化圆环数为优化目标,以圆环半径与连续电流环激励为优化变量,基于同心圆环阵方向图的贝塞尔近似,建立最小化圆环数的稀布同心圆环阵优化模型;
步骤2)由K个观测角形成期望方向图测量列矢量和稀布同心圆环阵方向图的矢量表达式;
步骤3)基于无栅格压缩感知技术,结合稀布同心圆环阵方向图的矢量表达式,对稀布同心圆环阵优化模型进行正则化处理;
步骤4)根据正则化建立广义压缩感知优化模型;
步骤5)采用交替优化策略对广义压缩感知优化模型进行求解,计算出圆环数、圆环半径以及连续电流环的激励值;
步骤6)采用圆环上均匀分布的阵元数代替连续电流环,得到稀布同心圆环阵。
步骤2)由K个观测角形成期望方向图测量列矢量和稀布同心圆环阵方向图的矢量表达式;
步骤3)基于无栅格压缩感知技术,结合稀布同心圆环阵方向图的矢量表达式,对稀布同心圆环阵优化模型进行正则化处理;
步骤4)根据正则化建立广义压缩感知优化模型;
步骤5)采用交替优化策略对广义压缩感知优化模型进行求解,计算出圆环数、圆环半径以及连续电流环的激励值;
步骤6)采用圆环上均匀分布的阵元数代替连续电流环,得到稀布同心圆环阵。
2.根据权利要求1所述的基于无栅格压缩感知的稀布同心圆环阵天线设计方法,其特征在于,所述步骤1)具体包括:
以圆环半径r=[r
1
,...,r
m
...,r
M
]和连续电流环激励w=[w
1
,...,w
m
,...,w
M
]
T
为优化变量,其中,r
m
表示第m个同心圆环的半径,1≤m≤M,M表示同心圆环的个数,w
m
表示第m个电流环激励,上标T表示转置运算,
基于同心圆环阵方向图的贝塞尔函数近似,建立最小化圆环数的稀布同心圆环阵优化模型为:
其中,θ为整个观测范围内的任一角度,F
d
]
T
为优化变量,其中,r
m
表示第m个同心圆环的半径,1≤m≤M,M表示同心圆环的个数,w
m
表示第m个电流环激励,上标T表示转置运算,
基于同心圆环阵方向图的贝塞尔函数近似,建立最小化圆环数的稀布同心圆环阵优化模型为:
其中,θ为整个观测范围内的任一角度,F
d
(θ)表示观测角θ期望的辐射方向图,J
0
(·)表示零阶贝塞尔函数,β为波数,ε为匹配误差。
3.根据权利要求2所述的基于无栅格压缩感知的稀布同心圆环阵天线设计方法,其特征在于,所述步骤2)具体包括:
对于第k个观测角θ
k
期望的辐射方向图为F
d
(θ
k
)
0
(·)表示零阶贝塞尔函数,β为波数,ε为匹配误差。
3.根据权利要求2所述的基于无栅格压缩感知的稀布同心圆环阵天线设计方法,其特征在于,所述步骤2)具体包括:
对于第k个观测角θ
k
期望的辐射方向图为F
d
(θ
k
)
,1≤k≤K,由此形成的期望方向图测量列矢量F
正则化最小二乘问题d
为:
F
d
=[F
d
(θ
1
),...,F
d
(θ
k
),...,F
正则化最小二乘问题d
为:
F
d
=[F
d
(θ
1
),...,F
d
(θ
k
),...,F
d
(θ
K
)]
T
同时,对稀布同心圆环阵方向图表达式矢量化,得到K个观测角对应的稀布同心圆环阵方向图的矢量表达式F为:
F=A(r)w (2)
其中,w为连续电流环激励矢量,A(r)为矩阵,满足下式:
(θ
K
)]
T
同时,对稀布同心圆环阵方向图表达式矢量化,得到K个观测角对应的稀布同心圆环阵方向图的矢量表达式F为:
F=A(r)w (2)
其中,w为连续电流环激励矢量,A(r)为矩阵,满足下式:
4.根据权利要求3所述的基于无栅格压缩感知的稀布同心圆环阵天线设计方法,其特征在于,所述步骤3)具体包括:
基于无栅格压缩感知技术,结合(2)式,将(1)式中的稀布同心圆环阵优化模型转化为:
其中,||·||
0
表示矢量的0-范数,||·||
2
表示矢量的2-范数。
引入正则化参数γ,对(4)式进行正则化:
5.根据权利要求4所述的基于无栅格压缩感知的稀布同心圆环阵天线设计方法,其特征在于,所述步骤4)具体包括:
用2-范数代替正则化优化模型中的0-范数,并采用加权2-范数算法以增强解的稀疏性,建立相应的广义压缩感知优化模型为:
5.根据权利要求4所述的基于无栅格压缩感知的稀布同心圆环阵天线设计方法,其特征在于,所述步骤4)具体包括:
用2-范数代替正则化优化模型中的0-范数,并采用加权2-范数算法以增强解的稀疏性,建立相应的广义压缩感知优化模型为:
其中,上标H表示共轭转置运算,P
(i)
表示第i次迭代中的对角矩阵,满足下式:
其中,
表示第i次迭代的第m环上的激励值,
表示第i次迭代的第1个电流环激励,
表示第i次迭代的第M个电流环激励,ξ
(i)
为迭代参数,其初始值ξ
(0)
=1,ξ
(i)
表示第i次迭代中的对角矩阵,满足下式:
其中,
表示第i次迭代的第m环上的激励值,
表示第i次迭代的第1个电流环激励,
表示第i次迭代的第M个电流环激励,ξ
(i)
为迭代参数,其初始值ξ
(0)
=1,ξ
(i)
在第i次迭代中具体满足下式:
其中,w
(i-1)
和w
(i-2)
分别表示第i-1次迭代的连续电流环激励矢量和第i-2次迭代的连续电流环激励矢量。
6.根据权利要求5所述的基于无栅格压缩感知的稀布同心圆环阵天线设计方法,其特征在于,所述步骤5)具体包括:
在第i次迭代中具体满足下式:
其中,w
(i-1)
和w
(i-2)
分别表示第i-1次迭代的连续电流环激励矢量和第i-2次迭代的连续电流环激励矢量。
6.根据权利要求5所述的基于无栅格压缩感知的稀布同心圆环阵天线设计方法,其特征在于,所述步骤5)具体包括:
采用交替优化策略求解广义压缩感知优化模型,采用最陡梯度下降法的交替优化策略迭代求解广义压缩感知优化模型,计算出圆环半径矢量r,利用最小二乘法计算出相应环上的连续电流激励矢量w,并从中提取出圆环数M。
版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。
发表评论