本發(fā)明涉及陣列天線領(lǐng)域，特別涉及一種非規(guī)則口徑稀布陣天線及其設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

1、毫米波具有全天候工作、抗干擾能力強的優(yōu)點，但是其隱蔽性較差，對靜止目標(biāo)的檢測和目標(biāo)分類識別能力較差。隨著環(huán)境越來越復(fù)雜，對雷達的目標(biāo)探測能力提出了更高的要求，單一探測方式的局限性嚴重影響了雷達的性能提升。由于紅外具有精度高、抗電子干擾和目標(biāo)檢測的優(yōu)點，激光具有抗電磁干擾、精度高的優(yōu)點，因此為了彌補毫米波的缺陷，通常將毫米波與紅外、激光復(fù)合的形式，以實現(xiàn)更強的探測性能。

2、目前實現(xiàn)毫米波與紅外、激光復(fù)合的方案中，常見的天線形式為反射面天線，如錢坤、劉家國等人在《毫米波/激光/紅外共口徑復(fù)合光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計》中采用拋物面天線－卡塞格倫光學(xué)系統(tǒng)復(fù)合結(jié)構(gòu)，該天線形式需要尺寸較大的反射面，且需要調(diào)整安裝位置、角度等，保證整個系統(tǒng)的正常性能，其中主反射面選用拋物面的形式，雖然保證了光學(xué)精度，但是對于雷達，其傳輸效率并不是最高的，此外，此反射鏡需要透過雷達信號，導(dǎo)致雷達信號的幅度和相位會有一定誤差，降低了雷達天線的性能。

3、另外一種常見的天線形式為中心掏孔的陣列天線，對于陣列天線來說，天線方向圖特性主要由陣面的幅度和相位分布決定，而中心掏孔導(dǎo)致陣列天線中心無能量分布，導(dǎo)致天線的副瓣電平惡化。在該方案中，如果想要改善天線副瓣電平，就需要減小中心掏孔的孔徑，這也限制紅外探測器或激光探測器的口徑，導(dǎo)致探測器的性能降低。

4、綜上，天線的形式在毫米波與紅外、激光復(fù)合時，對雷達系統(tǒng)的性能起著較為關(guān)鍵的作用，因此，為提升雷達的探測性能，尋找一種新的天線形式就顯得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于，針對上述不足之處提供一種非規(guī)則口徑稀布陣天線及其設(shè)計方法，解決了傳統(tǒng)的陣列天線相比的不足，與傳統(tǒng)的陣列天線相比，能夠減少通道數(shù)量，節(jié)約了成本，并且各陣元的位置更加自由，可以通過尋優(yōu)找到最優(yōu)位置獲取最優(yōu)輻射特性。

2、本發(fā)明是通過下述方案來實現(xiàn)的：

3、一種非規(guī)則口徑稀布陣天線，其至少包括但不限于天線本體、復(fù)合裝配孔和天線陣元；復(fù)合裝配孔設(shè)置在天線本體的邊緣位置，天線陣元均布在天線本體上。

4、基于上述一種非規(guī)則口徑稀布陣天線的結(jié)構(gòu)，復(fù)合裝配孔可以為圓形結(jié)構(gòu)或矩形結(jié)構(gòu)，根據(jù)所需的激光復(fù)合區(qū)域進行選擇。

5、基于上述一種非規(guī)則口徑稀布陣天線的結(jié)構(gòu)，天線陣元的設(shè)置，應(yīng)用遺傳算法對天線進行稀布布陣，將最大旁瓣電平作為初始條件，求解陣元位置，并加入差波束及相控掃描兩個約束條件。

6、本方案還提供一種非規(guī)則口徑稀布陣天線的設(shè)計方法；至少包括以下步驟：

7、步驟一，根據(jù)天線波束寬度及增益要求，確定天線口徑；

8、步驟二，根據(jù)紅外、激光所需區(qū)域大小，在毫米波天線口徑邊緣處劃分一定區(qū)域作為復(fù)合裝配孔；

9、步驟三，基于遺傳算法，將天線旁瓣電平設(shè)置為優(yōu)化條件，通過優(yōu)化各陣元的位置，使陣列方位面方向圖最大旁瓣電平與俯仰面方向圖最大旁瓣電平的和最小，確定各陣元的初始分布位置；

10、步驟四，在該分布下，計算出天線差波束零深、二維相控掃描時增益下降，并判定上述指標(biāo)是否滿足設(shè)計要求，如滿足則結(jié)束算法，如不滿足則對中間種群的個體進行選擇、交叉和變異的遺傳操作，如此循環(huán)，直到滿足終止條件，結(jié)束循環(huán)，輸出最優(yōu)結(jié)果。

11、在步驟四中，選擇操作采用“輪盤法”，利用各個個體適應(yīng)度所占比例的大小來決定其子孫保留的可能性，個體適應(yīng)度越大，被選擇的機會越大，為了選擇交叉?zhèn)€體，進行多輪選擇；

12、具體為，每一輪產(chǎn)生一個[0，1]內(nèi)的均勻隨機數(shù)，將該隨機數(shù)作為選擇指針來確定被選個體；將選中的奇數(shù)個體和偶數(shù)個體進行搭配，對每一對個體，以交叉概率交換它們之間的部分基因，從而形成新的一對個體；對交叉后群體中的每個個體，以變異概率改變某一些基因座上的基因值為其他的等位基因值，當(dāng)經(jīng)過個體的選擇、個體的交叉和基因的變異操作后，就得到新的種群，完成適應(yīng)度計算并保留最優(yōu)個體，進行下一次遺傳操作；當(dāng)滿足給定循環(huán)次數(shù)或滿足預(yù)定條件后，算法終止，輸出最優(yōu)解。

13、復(fù)合裝配孔為圓形，通過遺傳算法確定各天線單元的位置。

14、復(fù)合裝配孔為矩形，通過遺傳算法確定各天線單元的位置。

15、綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

16、1、本方案提供的天線與反射面天線相比較，減少了尺寸較大的反射面，無需進行繁瑣的安裝調(diào)試過程，且大大降低毫米波天線的口徑及剖面。

17、2、本方案為了給紅外或激光探測器預(yù)留復(fù)合位置，本發(fā)明將掏孔位置設(shè)計在天線的邊緣位置，相較于傳統(tǒng)的中心掏孔方式，該方式能夠有效降低掏孔對天線副瓣電平的惡化程度，并且為紅外、激光探測器在復(fù)合時的位置，提供了新的選擇和解決方案。

18、3、在目前已有的復(fù)合方案中，對毫米波天線的二維和差波束、及二維相控掃描涉及較少，因此本發(fā)明在設(shè)計時，將上述兩個性能作為約束條件，最終實現(xiàn)了天線的二維和差波束以及±20°二維相控掃描，提高了毫米波天線的探測性能。

19、4、本發(fā)明提出的一種非規(guī)則口徑稀布陣天線，為毫米波與紅外、激光的共口徑復(fù)合提供了一種新的天線形式，相較于原有的方案，該天線形式減少了尺寸較大的反射面，大大降低設(shè)計、安裝調(diào)試難度，且天線采用稀布陣的形式，既保證天線良好的性能，同時減少了天線單元數(shù)量，降低了后端饋電轉(zhuǎn)接的設(shè)計難度及成本，并且還能形成二維和差波束，實現(xiàn)±20°二維相控掃描，提高了毫米波天線的探測性能。

20、5、該天線形式尺寸較小，且降低了毫米波與紅外、激光復(fù)合時的設(shè)計、安裝及調(diào)試難度。

技術(shù)特征：

1.一種非規(guī)則口徑稀布陣天線，其特征在于：其至少包括但不限于天線本體、復(fù)合裝配孔和天線陣元；復(fù)合裝配孔設(shè)置在天線本體的邊緣位置，天線陣元均布在天線本體上。

2.如權(quán)利要求1所述的一種非規(guī)則口徑稀布陣天線，其特征在于：復(fù)合裝配孔可以為圓形結(jié)構(gòu)或矩形結(jié)構(gòu)，根據(jù)所需的激光復(fù)合區(qū)域進行選擇。

3.如權(quán)利要求2所述的一種非規(guī)則口徑稀布陣天線，其特征在于：天線陣元的設(shè)置，應(yīng)用遺傳算法對天線進行稀布布陣，將最大旁瓣電平作為初始條件，求解陣元位置，并加入差波束及相控掃描兩個約束條件。

4.一種非規(guī)則口徑稀布陣天線的設(shè)計方法；其特征在于：至少包括以下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述的一種非規(guī)則口徑稀布陣天線的設(shè)計方法，其特征在于：在步驟四中，選擇操作采用“輪盤法”，利用各個個體適應(yīng)度所占比例的大小來決定其子孫保留的可能性，個體適應(yīng)度越大，被選擇的機會越大，為了選擇交叉?zhèn)€體，進行多輪選擇。

6.如權(quán)利要求5所述的一種非規(guī)則口徑稀布陣天線的設(shè)計方法，其特征在于：具體為，每一輪產(chǎn)生一個[0，1]內(nèi)的均勻隨機數(shù)，將該隨機數(shù)作為選擇指針來確定被選個體；將選中的奇數(shù)個體和偶數(shù)個體進行搭配，對每一對個體，以交叉概率交換它們之間的部分基因，從而形成新的一對個體；對交叉后群體中的每個個體，以變異概率改變某一些基因座上的基因值為其他的等位基因值，當(dāng)經(jīng)過個體的選擇、個體的交叉和基因的變異操作后，就得到新的種群，完成適應(yīng)度計算并保留最優(yōu)個體，進行下一次遺傳操作；當(dāng)滿足給定循環(huán)次數(shù)或滿足預(yù)定條件后，算法終止，輸出最優(yōu)解。

7.如權(quán)利要求6所述的一種非規(guī)則口徑稀布陣天線的設(shè)計方法，其特征在于：復(fù)合裝配孔為圓形，通過遺傳算法確定各天線單元的位置。

8.如權(quán)利要求6所述的一種非規(guī)則口徑稀布陣天線的設(shè)計方法，其特征在于：復(fù)合裝配孔為矩形，通過遺傳算法確定各天線單元的位置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種非規(guī)則口徑稀布陣天線及其設(shè)計方法，包括天線本體、復(fù)合裝配孔和天線陣元；復(fù)合裝配孔設(shè)置在天線本體的邊緣位置，天線陣元均布在天線本體上；應(yīng)用遺傳算法對天線進行稀布布陣，將最大旁瓣電平作為初始條件，求解陣元位置，并加入差波束及相控掃描兩個約束條件；本發(fā)明為毫米波與紅外、激光的共口徑復(fù)合提供了一種新的天線形式，相較于原有的方案，該天線形式減少了尺寸較大的反射面，大大降低設(shè)計、安裝調(diào)試難度，且天線采用稀布陣的形式，既保證天線良好的性能，同時減少了天線單元數(shù)量，降低了后端饋電轉(zhuǎn)接的設(shè)計難度及成本，并且還能形成二維和差波束，實現(xiàn)±20°二維相控掃描，提高了毫米波天線的探測性能。

技術(shù)研發(fā)人員：李力力,曾興豪,肖潤均
受保護的技術(shù)使用者：成都華興大地科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24