一种基于低比特相位量化的波束扫描稀疏阵列天线综合方法

本发明属于通信，具体涉及一种基于低比特相位量化的波束扫描稀疏阵列天线综合方法。

背景技术：

1、稀疏阵列通过减少阵元数量，能够有效降低相控阵雷达、通信基站等系统的硬件成本、体积与功耗，在现代电子系统中具备广泛应用前景。波束扫描是相控阵系统的核心功能，通过对各阵元施加特定相位加权，即可实现波束在空间中的定向覆盖与灵活扫描。然而，在实际工程中，数字移相器等相位控制器件的相位分辨率为离散值，无法实现连续相位加权，同时采用低分辨率相位控制会引入相位量化误差，导致波束主瓣展宽、峰值电平下降、增益损失、旁瓣电平抬升、指向精度降低，严重时甚至诱发栅瓣，大幅削弱系统抗干扰能力。

2、而稀疏阵列因阵元缺失，其波束调控复杂度显著提升，对相位量化误差的敏感度远高于满阵，低分辨率相位控制带来的性能恶化在稀疏阵列中被进一步放大。现有技术中，稀疏阵列综合与低分辨率相位优化多为独立设计，无法实现阵列稀疏布局、低分辨率相位控制与波束扫描性能的协同优化，在高性能方案中，存在需不等幅馈电、硬件实现难度大等问题。低成本方案中又难以在低分辨率相位约束、高稀疏度的前提下，实现波束扫描范围内的低旁瓣、高指向精度性能，无法兼顾工程可实现性、硬件成本与阵列辐射性能。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种基于低比特相位量化的波束扫描稀疏阵列天线综合方法，包括：

2、s1：基于迭代傅里叶算法，以预设旁瓣电平与阵列稀疏度为目标，通过方向图与阵列激励的迭代求解，确定稀疏阵列的初始阵元位置分布，完成初始稀疏阵列构建；

3、s2：设定波束扫描指向角度集，结合低比特相位分辨率，计算初始稀疏阵列中各阵元在各指向角度下的理想相位与量化相位，得到对应相位差值，并将相位差值转换为占相位分辨率的百分比形式；

4、s3：设定百分比阈值，筛选出相位差值百分比超过阈值的关键阵元，以波束扫描范围内最大旁瓣电平最小化为目标，采用遗传算法对关键阵元的量化相位进行优化；

5、s4：计算优化后各指向角激励相位与理想相位的误差方差，逐一剔除单个阵元后重新计算误差方差并对比差值，关闭方差差值最小的阵元以调整阵列布局；

6、s5：迭代执行步骤s1至s4，直至满足预设旁瓣电平约束或最大迭代次数，输出最优稀疏阵列布局与各扫描角度对应的激励相位。

7、本发明的有益效果：

8、本发明实现了低分辨率相位约束、阵列稀疏度约束与宽角波束扫描性能的协同优化，在降低相控阵系统硬件成本、体积与功耗的同时，保证波束扫描范围内的优良辐射性能。

9、本发明大幅改善低分辨率相位控制下稀疏阵列的波束性能，有效抑制相位量化误差带来的性能恶化，在2-bit低分辨率相位控制、25%稀疏率的100阵元线阵场景下，可将最大旁瓣电平压制至-15.87db以下，实现了阵列稀疏度、低分辨率相位约束与宽角波束扫描性能的协同优化，在高稀疏度降低系统硬件成本的同时，可稳定维持优异的波束特性。

1.一种基于低比特相位量化的波束扫描稀疏阵列天线综合方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于低比特相位量化的波束扫描稀疏阵列天线综合方法，其特征在于，所述迭代傅里叶算法具体为：

3.根据权利要求 1 所述的一种基于低比特相位量化的波束扫描稀疏阵列天线综合方法，其特征在于，所述理想相位计算公式为：

4.根据权利要求 1 所述的一种基于低比特相位量化的波束扫描稀疏阵列天线综合方法，其特征在于，所述量化相位计算公式为：

5.根据权利要求 1 所述的一种基于低比特相位量化的波束扫描稀疏阵列天线综合方法，其特征在于，所述相位差值计算公式为：

6.根据权利要求 1 所述的一种基于低比特相位量化的波束扫描稀疏阵列天线综合方法，其特征在于，将相位差值转换为占相位分辨率的百分比形式，包括：

7.根据权利要求 1 所述的一种基于低比特相位量化的波束扫描稀疏阵列天线综合方法，其特征在于，所述遗传算法优化包括：初始化相位控制状态种群、对种群执行两点交叉与多点变异操作、按旁瓣电平大小排序选择最优个体。