(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211182942.7 (22)申请日 2022.09.27 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫20 0号 (72)发明人 顾鹏飞　何姿　文昊　曹军　 丁大志　樊振宏　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 陈鹏 (51)Int.Cl. H01Q 21/00(2006.01) H01Q 21/30(2006.01) G06F 30/18(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 113/16(2020.01) (54)发明名称 一种超宽带圆形共口径阵列的快速综合方 法 (57)摘要 本发明公开了一种超宽带圆形共口径阵列 的快速综合方法， 通过将圆形阵面分为旋转对称 的扇区， 只在其中一个扇区上对阵元的排布， 利 用旋转对称的特性， 将该扇区的阵元旋转到其他 扇区进而布满整个阵面； 通过引入圆形辅助线对 阵面区域进行分割， 并将高频阵元排布在这些圆 形辅助线上； 以高频阵元之间的最小间距作为相 邻圆环和圆环上相邻阵列的初始间距， 把降低阵 列副瓣电平作为优化目标， 通过CMA ‑ES算法优化 相邻圆环间距的增量、 每个圆环上阵元的个数和 每个圆环上相邻阵元间距的增量， 在确保阵列口 径和阵元数量满足要求的前提下， 省去了阵元间 距判断这一步骤， 进一步减少算法的复杂度， 提 升计算效率。 权利要求书3页 说明书5页 附图6页 CN 115473054 A 2022.12.13 CN 115473054 A 1.一种超宽带圆形共口径阵列的快速综合方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1， 将期望频段分为两个子频段， 频率较低频段对应的阵列称为低频阵列， 频率较 高频段对应的阵列称为高频阵列； 步骤2， 初始化圆形阵面内各个优化区域并选择第一个扇区作为优化区域； 步骤3， 初始化 高频阵元优化变量， 利用CMA ‑ES算法对圆环间距增量、 圆环上阵元数量、 阵元间距增量进行优化， 并利用阵因子公式计算高频阵列的副瓣电平； 步骤4， 若高频阵列的副瓣电平满足指标要求， 则进行步骤5， 若不满足要求， 则重复步 骤3直至满足指标要求； 步骤5， 在高频阵元之间未利用的环形区域利用CMA ‑ES算法对低频阵元间距进行判断 并优化低频阵列副瓣电平； 步骤6， 若低频阵列的副 瓣电平满足指标要求， 则结束优化过程， 若不满足要求， 则重复 步骤5直至满足指标要求。 2.根据权利要求1所述的超宽带圆形共口径阵列的快速综合方法， 其特征在于， 步骤2 所述的初始化优化区域即将圆形阵面划分为旋转对称的M个扇区， 通过将优化得得到第一 个扇区的阵元旋转对称到各个扇区方的式排布满整个阵面； 每个扇区对应角度 3.根据权利要求2所述的超宽带圆形共口径阵列的快速综合方法， 其特征在于， 步骤3 所述的多增量优化C MA‑ES算法， 具体如下： 设定辅助圆环个数Q， 以高频阵列的最小阵元间距dminh作为初始圆环之间的间距， 则每 个圆环的初始半径为 idminh， i＝1,2,…,Q； 在半径为R的圆形区域内， 增量优化的范围为： Rava＝R‑Qdminh  (1) 定义待优化的Q个圆环间距增量的权重系数αi， 相邻两个圆环间的增量可以通过如下关 系确定： dRi＝αi·Rava  (2) 其中dRi为第i个圆环和第i ‑1个圆环之间的间距增量， 1＜i≤Q， dR1为第一个圆环和原 点之间间距的增量； 初始圆环间距加上对应圆环间距的增量即可得到满足阵元间距同时又 保证口径的圆环排布； 最终各个圆环的半径 表示为如下形式： 在确定Q个圆环的半径QRi后， 接下来确定每个圆环上的 阵元数量； 设定高频阵元总数为 N， 则每个扇区所容纳的阵元数量为MNi＝N/M； 在扇区内优化时， 规定每个圆环上初始排布 一个阵元， 剩余MN1‑Q个阵元； 在排布MN1‑Q个阵元到各个圆环之前， 还需要确定每个圆环在 对应半径QRi下所能容纳的最大 阵元数量； 首先确定最小阵元间距在每个圆环上对应的最 小极角angi： angi＝2·arcsin(dminh/2/QRi)  (4) 则每个圆环上 所能容纳的最大阵元 数量qNi可根据下式确定： 定义待优化的每 个圆环上阵元 数量的增量dqNi， dqNi为整数且需要满足以下两个条件：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115473054 A 20≤dqNi≤qNi  (6) 每个圆环上阵元的数目Q Ni＝dqNi+1； 优化圆环上阵元的排布； 由于阵元在圆环上排列， 所以各阵元的极径是确定的， 要得到 阵元的排布只需要优化阵元所在位置的极角； 首先以由(4)式确定的阵元之间最小极角 angi作为阵元间极角的初始角度均匀排布阵元； 在每个圆环上均匀排布阵元之前需要预 留 安全距离； 定义待优化的偏转系数shi,0≤shi≤1， 在每个圆环首尾分别预留shi·angi和 (1‑shi)·angi； 将排布的均匀圆环旋转shi·angi， 则最终的每个圆环上阵元的初始极角 oangik＝(k‑1)·angi+shi·angi， i＝1,2, …,Q， k＝1, …,QNi； 接下来定义待优化的第i个圆 环上阵元间极角的增量 的权重系数βik， 0≤βik≤1； 在优化各个圆环上的阵元排布时， 不用 将阵元排满整个圆环的可用空间， 因此可用的优化空间也是一个待优化的变量， 记为 aavai； 对于第i个圆环， 在排布阵元时， 首 先排布第一个阵元， 此时可用的优化空间 将可用的优化空间乘以第一个阵元极角的增量的权 重系数βi1得到该阵元的极角增量 dangi1＝βi1·aavai  (9)这时第一个阵元 所在位置的极角为 ANGi1＝oangi1+dangi1  (10) 由于排布了第 一个阵元， 需要更新该圆环上极角的可用优化空间， 第 k个阵元的可用优 化空间和极角增量 为 dangik＝βik·aavaik  (12) 这时第i个阵元 所在位置的极角为 至此， 通过CMA ‑ES算法优化圆环间距增量的权重系数αi， 每个圆环上阵元数量的增量 dqNi， 第i个圆环上阵元间极角的增量的权重系数βik， 偏转系数shi， 在保证阵元间距的情况 下确定高频阵元位置的排布。 4.根据权利要求3所述的超宽带圆形共口径阵列的快速综合方法， 其特征在于， 用阵因 子公式求得阵列的阵因子辐射方向图和峰值副瓣电平P SLL； 算法的适应度函数 形式如下： 其中， c0为常数。 5.根据权利要求3所述的超宽带圆形共口径阵列的快速综合方法， 其特征在于， 权重系 数αi满足 6.根据权利要求1所述的超宽带圆形共口径阵列的快速综合方法， 其特征在于， 步骤5权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115473054 A 3