袁建濤　張文濤　稂華清　曹順鋒　劉廣君

摘 要： 本文提出一種改進(jìn)的非線性最小二乘算法（NLSM）， 通過引入入侵雜草算法（IWO）完成對初始解及迭代過程中的全局最優(yōu)解的選取， 解決了非線性最小二乘算法優(yōu)化結(jié)果不穩(wěn)定的問題。 在陣列分布及單元個數(shù)一定的條件下， 通過優(yōu)化激勵相位對相控陣天線方向圖進(jìn)行賦形， 壓低向地一側(cè)峰值旁瓣電平， 使背地一側(cè)旁瓣電平遞減變化。 優(yōu)化后的方向圖可以有效降低中、 近旁瓣雜波電平， 證明了該算法的可行性和有效性。

關(guān)鍵詞： 非線性最小二乘算法； 入侵雜草算法； 唯相位； 波束賦形

中圖分類號： TJ765.3； TN820 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1673-5048（2018）03-0049-04

0 引 言

理想的不運(yùn)動雷達(dá)， 雜波頻譜密度函數(shù)是發(fā)射載頻上的單一譜線；而雷達(dá)運(yùn)動時， 雷達(dá)-地面的相對速度和天線方向圖的調(diào)制作用使得地面雜波頻譜分為幅度較高的主瓣雜波、 幅度較低的旁瓣雜波和高度線雜波三個區(qū)域。 當(dāng)雷達(dá)在低空下視條件下使用時， 對尾后目標(biāo)來說， 目標(biāo)回波譜線落入旁瓣雜波區(qū)， 旁瓣雜波的功率譜密度一般比接收系統(tǒng)內(nèi)部噪聲高20～40 dB（經(jīng)過特殊處理的天線方向圖， 可以使旁瓣雜波的功率譜密度降低10～20 dB）， 此時作用距離主要受旁瓣雜波功率的影響。

旁瓣雜波功率為考慮速度折疊、 距離折疊的等距離-多普勒線區(qū)域回波強(qiáng)度的疊加。 回波強(qiáng)度和距離的四次方成反比， 由于處于下副瓣區(qū)域的等距離-多普勒線區(qū)域和雷達(dá)距離近， 同等副瓣電平條件下， 下副瓣區(qū)域?qū)?yīng)的等距離-多普勒線區(qū)域的回波強(qiáng)度遠(yuǎn)大于上副瓣區(qū)域的回波強(qiáng)度。 這種情況下， 通過特殊設(shè)計將天線設(shè)計為上副瓣電平高、 下副瓣電平低的樣式， 有利于降低旁瓣雜波強(qiáng)度， 從而降低旁瓣雜波對目標(biāo)檢測的影響。

相控陣?yán)走_(dá)通過移相器改變饋電相位實(shí)現(xiàn)波束掃描， 由于雷達(dá)型空空導(dǎo)彈在尋的過程中面臨超強(qiáng)地雜波的干擾， 要求通過相位加權(quán)壓低向地一側(cè)方向圖副瓣電平。

實(shí)現(xiàn)唯相位優(yōu)化的方法有多種， 包括數(shù)值算法和智能優(yōu)化算法[1-3]， 數(shù)值算法計算速度快但對初始值要求比較嚴(yán)格， 智能算法計算速度相對較慢但對搜索空間沒有限制。 非線性最小二乘算法（NLSM）[4-5]對非線性問題求解有著良好的效果， 將其與入侵雜草算法（IWO）[6-8]結(jié)合起來對天線陣列進(jìn)行唯相位優(yōu)化， 改善了NLSM和IWO單獨(dú)優(yōu)化的性能， 優(yōu)化結(jié)果滿足設(shè)計要求。 仿真結(jié)果表明， 優(yōu)化后的天線可以使近旁瓣雜波幅度降低約12 dB， 使中旁瓣雜波峰值降低6～8 dB， 且使旁瓣雜波譜更加平整， 增大了雷達(dá)的截獲距離和截獲概率。

1 改進(jìn)算法原理及步驟

由圖2～3可知， 法向方向圖向地一側(cè)峰值旁瓣電平低于-30 dB， 背地一側(cè)副瓣滿足一定的下降趨勢， 滿足設(shè)計要求。 圖4和圖5分別表示φ=0°和φ=45°兩個剖面上波束掃描±60°范圍內(nèi)的方向圖變化， 可知在掃描過程中， 近副瓣區(qū)域電平值始終低于-30 dB。

分別以優(yōu)化后的天線為發(fā)射天線， 以優(yōu)化前的天線為接收天線， 進(jìn)行雜波幅度仿真， 如圖6所示。 唯相位優(yōu)化天線方向圖降低向地一側(cè)旁瓣電平后， 可以使近旁瓣雜波幅度降低約12 dB， 使中旁瓣雜波峰值降低6～8 dB， 且使旁瓣雜波譜電平更加平整， 增大了雷達(dá)的截獲距離和截獲概率。

4 結(jié) 論

本文將非線性最小二乘算法（NLSM）與入侵雜草算法（IWO）結(jié)合起來對天線陣列進(jìn)行唯相位優(yōu)化， 改善了NLSM和IWO單獨(dú)優(yōu)化的性能， 優(yōu)化結(jié)果滿足設(shè)計要求。 仿真結(jié)果表明， 優(yōu)化后的天線可以使近旁瓣雜波幅度降低約12 dB， 使中旁瓣雜波峰值降低6～8 dB， 且使旁瓣雜波譜更加平整， 增大了雷達(dá)的截獲距離和截獲概率。

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Abstract： An improved nonlinear leastsquare method is presented in this paper. By introducing invasive weed optimization， the initial solution and the global best solution in each iteration process are selected. The problem of instability of nonlinear leastsquare method is solved. Given the determinate element number and array distribution， the phase of excitation is optimized to shape array pattern， whose sidelobe facing to ground is suppressed and back to ground descends by steps. Compared to unweighted pattern， the optimized pattern can reduce cluster level from the angle near main beam effectively. Simulation results prove the feasibility and efficiency of the method.

Key words： NLSM； IWO； phase only； beam shaping