稀疏阵天线阵列的配置方法及配置装置

摘要

本申请提供一种稀疏阵天线阵列的配置方法、配置装置、电子设备及计算机可读介质。其中，该配置方法包括：根据稀疏阵天线阵列的阵列单元规模从二维LDS数据库中随机选取二维数据点，作为初始元阵列；根据稀疏阵天线阵列的子阵数目对所述初始元阵列进行切片化处理，获得具有扇形包络的初始低差异子阵；根据所述子阵数目，对所述初始低差异子阵进行旋转与复制获得具有圆形包络的初始低差异全阵列；根据设定的缩放系数对所述初始低差异全阵列进行缩放处理，获得所述稀疏阵天线阵列。通过从二维随机数据库中随机选取初始元阵列，使得生成的稀疏阵天线阵列具有更好的低差异性，进而有效抑制副瓣电平。

权利要求

1.一种稀疏阵天线阵列的配置方法，其特征在于，包括：根据稀疏阵天线阵列的阵列单元规模从二维LDS数据库中随机选取二维数据点，作为初始元阵列；

根据所述稀疏阵天线阵列的子阵数目确定扇形包络的极角，以所述极角为圆心角对所述初始元阵列进行切片化处理，获得具有扇形包络的初始低差异子阵；

根据所述极角，对其中一个所述初始低差异子阵进行旋转与复制，获得具有圆形包络的初始低差异全阵列；

根据设定的缩放系数对所述初始低差异全阵列进行缩放处理，获得所述稀疏阵天线阵列；

对所述稀疏阵天线阵列进行性能分析；

当性能不符合设计要求时，重复执行以上步骤，直至性能符合所述设计要求。

2.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，所述缩放系数按照以下公式确定：scale = k•λ/ξ，

其中，scale为所述缩放系数，κ为设定的间距扩展因子，λ为稀疏阵天线阵列的波长，ξ为设定的最小单元间距。

3.根据权利要求2所述的配置方法，其特征在于，所述根据稀疏阵天线阵列的阵列单元规模从二维LDS数据库中随机选取二维数据点，包括：去除所述二维数据点中单元间距小于所述最小单元间距的数据点。

4.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，所述二维数据点位于归一化平面内，所述归一化平面的横坐标取值范围为[0,1]，所述归一化平面的纵坐标取值范围为[0,1]。

5.根据权利要求4所述的配置方法，其特征在于，所述初始低差异子阵的扇形包络的极角为360°/N，其中N为所述子阵数目。

6.根据权利要求5所述的配置方法，其特征在于，所述根据所述稀疏阵天线阵列的子阵数目确定扇形包络的极角，以所述极角为圆心角对所述初始元阵列进行切片化处理，包括：以所述归一化平面的原点为圆心、以归一化半径1为半径、以所述极角为圆心角对所述归一化平面进行裁剪。

7.根据权利要求1所述的配置方法，其特征在于，还包括：按照设定的循环次数重复执行从随机选取二维数据点至缩放处理的步骤，以获得一组所述稀疏阵天线阵列；

对一组所述稀疏阵天线阵列进行性能判定，筛选出符合设计要求的稀疏阵天线阵列。

8.一种稀疏阵天线阵列的配置装置，其特征在于，包括：初始化模块，用于根据稀疏阵天线阵列的阵列单元规模从二维LDS数据库中随机选取二维数据点，作为初始元阵列；

裁剪模块，用于根据稀疏阵天线阵列的子阵数目确定扇形包络的极角，以所述极角为圆心角对所述初始元阵列进行切片化处理，获得具有扇形包络的初始低差异子阵；

复制模块，用于根据所述极角，对其中一个所述初始低差异子阵进行旋转与复制获得具有圆形包络的初始低差异全阵列；

缩放模块，用于根据设定的缩放系数对所述初始低差异全阵列进行缩放处理，获得所述稀疏阵天线阵列；

筛选模块，用于对所述稀疏阵天线阵列进行性能分析，当性能不符合设计要求时，再次通过所述初始化模块、所述裁剪模块、所述复制模块和所述缩放模块更新所述稀疏阵天线阵列，直至性能符合设计要求；或按照设定的循环次数，通过所述初始化模块、所述裁剪模块、所述复制模块和所述缩放模块，获得一组所述稀疏阵天线阵列，并对一组所述稀疏阵天线阵列进行性能判定，筛选出符合设计要求的稀疏阵天线阵列。

9.一种用于稀疏阵天线阵列配置的电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1‑7中任一所述的配置方法。

10.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1‑7中任一所述的配置方法。

说明书

稀疏阵天线阵列的配置方法及配置装置

技术领域

[0001] 本申请涉及无线通信技术领域，具体涉及一种稀疏阵天线阵列的配置方法、配置装置、电子设备及计算机可读介质。

背景技术

[0002] 天线阵列广泛地应用于射电望远镜、卫星通信、声纳以及预警雷达等感测领域。大物理口径的阵列天线具有高分辨率与高方向性；但是，阵列天线的成本与阵面口径内的单元数目成正比关系。因此，为了降低成本，阵面口径内的单元数量需要进行最小化处理。目前的阵列天线主要有两种排布方式：密集阵和稀疏阵（参见图1）。

[0003] 密集阵中，单元间距等于或小于波长λ。单元数量最小化处理过程中，传统的规则格栅式单元排布方式（周期阵）通过增大单元间距来减少单元数目，从而导致对阵面的欠采样或采样过疏，进而使得天线波束中出现栅瓣。与周期排布阵列相比，稀薄阵和非周期阵列具有更少的单元数目。在稀薄阵中，通过抽除紧密规则栅格排布阵中的单元来实现更少的单元数目；而非周期间隔排布阵列则通过在阵面口径内进行幅度密度排布来模拟低副瓣的激励幅度分布。这两类阵列的远场方向图中在主瓣附近具有较低的副瓣电平，但是，在远旁瓣处的副瓣电平则会较高。

[0004] 稀疏阵通过拉大单元间距来拼补成天线口径，同时又具有窄的波束宽度。根据IEEE标准，与传统相同单元等间距阵列相比，稀疏阵定义为一种由显著更少激励单元组成并具有波束宽度的阵列天线。稀疏阵中可以通过对单元间距进行特定排布来消除栅瓣、抑制副瓣。目前，稀疏阵已经在射电望远镜、MIMO系统、微波成像以及其它感知系统中得到应用。例如，在MIMO基站天线系统中，具有随机单元间距的稀疏天线阵列显著提升了系统容量，同时，稀疏阵的非周期性还能够将栅瓣能量耗散到其它低副瓣中去。

[0005] 在传统的稀疏阵列中（例如，在矩形格栅或三角形格栅中进行稀疏化），阵中单元若采用大的均匀单元间距，将导致天线远场方向图中产生栅瓣。在阵中若采用随机单元间距进行排布，虽然能够移除栅瓣，但会导致阵面中单元排布密度变化较大，不利于整体天线的机电热等综合性能的实现。同时，随机单元间距排布还会导致部分区域排布过于紧密而产生单元重叠和结构干涉，无法在物理上实现阵列排布。均匀单元格栅与随机单元格栅在数学意义上的差别为差异性。

发明内容

[0006] 为了解决现有的稀疏阵天线阵列的配置方法中存在副瓣电平过高的问题，本申请提供了一种稀疏阵天线阵列的配置方法、配置装置、电子设备及计算机可读介质。

[0007] 根据本申请的一方面，提供的稀疏阵天线阵列的配置方法包括：

[0008] 根据稀疏阵天线阵列的阵列单元规模从二维LDS数据库中随机选取二维数据点，作为初始元阵列；

[0009] 根据稀疏阵天线阵列的子阵数目对所述初始元阵列进行切片化处理，获得具有扇形包络的初始低差异子阵；

[0010] 根据所述子阵数目，对所述初始低差异子阵进行旋转与复制获得具有圆形包络的初始低差异全阵列；

[0011] 根据设定的缩放系数对所述初始低差异全阵列进行缩放处理，获得所述稀疏阵天线阵列。

[0012] 根据本申请的一些实施例，所述缩放系数按照以下公式确定：

[0013] ，

[0014] 其中，scale为所述缩放系数，κ为设定的间距扩展因子，λ为稀疏阵天线阵列的波长，ξ为设定的最小单元间距。

[0015] 根据本申请的一些实施例，所述根据稀疏阵天线阵列的阵列单元规模从二维LDS数据库中随机选取二维数据点，包括：

[0016] 去除所述二维数据点中单元间距小于所述最小单元间距的数据点。

[0017] 根据本申请的一些实施例，所述二维数据点位于归一化平面内，所述归一化平面的横坐标取值范围为[0,1]，所述归一化平面的纵坐标取值范围为[0,1]。

[0018] 根据本申请的一些实施例，所述初始低差异子阵的扇形包络的极角为360°/N，其中N为所述子阵数目。

[0019] 根据本申请的一些实施例，所述根据所述稀疏阵天线阵列的子阵数目对所述初始元阵列进行切片化处理，包括：

[0020] 以所述归一化平面的原点为圆心、以归一化半径1为半径、以所述极角为圆心角对所述归一化平面进行裁剪。

[0021] 根据本申请的一些实施例，所述配置方法还包括：

[0022] 对所述稀疏阵天线阵列进行性能分析，当性能不符合设计要求时，重复执行从随机选取二维数据点至缩放处理的步骤，并更新所述稀疏阵天线阵列，直至性能符合设计要求。

[0023] 根据本申请的一些实施例，所述配置方法还包括：

[0024] 按照设定的循环次数重复执行从随机选取二维数据点至缩放处理的步骤，以获得一组所述稀疏阵天线阵列；对一组所述稀疏阵天线阵列进行性能判定，筛选出符合设计要求的稀疏阵天线阵列。

[0025] 根据本申请的一方面，提供一种稀疏阵天线阵列的配置装置，包括：

[0026] 初始化模块，用于根据稀疏阵天线阵列的阵列单元规模从二维LDS数据库中随机选取二维数据点，作为初始元阵列；

[0027] 裁剪模块，用于根据稀疏阵天线阵列的子阵数目对所述初始元阵列进行切片化处理，获得具有扇形包络的初始低差异子阵；

[0028] 复制模块，用于根据所述子阵数目，对所述初始低差异子阵进行旋转与复制获得具有圆形包络的初始低差异全阵列；

[0029] 缩放模块，用于根据设定的缩放系数对所述初始低差异全阵列进行缩放处理，获得所述稀疏阵天线阵列。

[0030] 根据本申请的一些实施例，所述配置装置还包括筛选模块，所述筛选模块用于：

[0031] 对所述稀疏阵天线阵列进行性能分析，当性能不符合设计要求时，再次通过所述初始化模块、所述裁剪模块、所述复制模块和所述缩放模块更新所述稀疏阵天线阵列，直至性能符合设计要求；或

[0032] 按照设定的循环次数，通过所述初始化模块、所述裁剪模块、所述复制模块和所述缩放模块，获得一组所述稀疏阵天线阵列，并对一组所述稀疏阵天线阵列进行性能判定，筛选出符合设计要求的稀疏阵天线阵列。

[0033] 根据本申请的另一方面，还提供一种用于稀疏阵天线阵列配置的电子设备，包括：

[0034] 一个或多个处理器；

[0035] 存储装置，用于存储一个或多个程序；

[0036] 当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述所述配置方法。

[0037] 根据本申请的另一方面，还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述配置方法。

[0038] 本申请提供的稀疏阵天线阵列的配置方法，采用从二维随机数据库中随机选取初始元阵列，来代替直接随机生成初始元阵列，从而使得生成的稀疏阵天线阵列具有更好的低差异性，进而有效抑制副瓣电平。

附图说明

[0039] 为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

[0040] 图1示出了天线阵列类型示意图；

[0041] 图2示出了根据本申请第一示例实施例的稀疏阵天线阵列的配置方法流程图；

[0042] 图3示出了根据本申请示例实施例的包含两组二维LDS数据的数据库示意图；

[0043] 图4示出了根据本申请示例实施例的初始元阵列示意图；

[0044] 图5示出了根据本申请示例实施例的初始低差异子阵示意图；

[0045] 图6示出了根据本申请示例实施例的初始低差异全阵列示意图；

[0046] 图7示出了根据本申请示例实施例的缩放后的全阵列示意图；

[0047] 图8A示出了根据本申请第二示例实施例的稀疏阵天线阵列的配置方法流程图；

[0048] 图8B示出了根据本申请第二示例实施例的稀疏阵天线阵列的排布过程示意图；

[0049] 图9A示出了根据本申请第三示例实施例的稀疏阵天线阵列的配置方法流程图；

[0050] 图9B示出了根据本申请第三示例实施例的稀疏阵天线阵列的排布过程示意图；

[0051] 图10示出了根据本申请示例实施例的筛选后的稀疏阵天线阵列配置示意图；

[0052] 图11示出了根据本申请示例实施例的筛选后的稀疏阵天线阵列性能示意图一；

[0053] 图12示出了根据本申请示例实施例的筛选后的稀疏阵天线阵列性能示意图二；

[0054] 图13示出了根据本申请第一示例实施例的稀疏阵天线阵列的配置装置组成框图；

[0055] 图14示出了根据本申请第二示例实施例的稀疏阵天线阵列的配置装置组成框图；

[0056] 图15示出了根据本申请第三示例实施例的稀疏阵天线阵列的配置装置组成框图；

[0057] 图16示出了根据本申请示例实施例的电子设备组成框图。

具体实施方式

[0058] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0059] 本申请的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

[0060] 在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

[0061] 对于传统稀疏阵列天线的排布，常用方法有压缩感知方法。压缩感知方法通过对线性方程组的求解使得结果趋向稀疏最大化，即，获得展开基函数中最小数目的非零系数。在基于压缩感知的稀疏阵列天线的配置方法中，阵列天线的排布问题转化为一种模式匹配问题。问题中的未知量为一系列候选阵列单元的复激励系数以及在阵列口径内密集采样的单元位置。压缩感知的解式为稀疏的复激励系数与阵列单元位置，而单元位置则可以看作为具有非零系数的候选位置的副产品。压缩感知可以用来进行线阵、平面阵以及特种稀疏阵的排布，来获得对称或非对称的方向图赋形。相比于规则均匀排布阵列，采用压缩感知方法可以将单元数目最多减少40%。但是，压缩感知法排布的稀疏阵虽然可以在法向形成主瓣，但在端向也会产生一个的栅瓣，周期性稀疏阵的栅瓣电平与主瓣电平相等。

[0062] 此外，采用随机单元间距进行排布的方法中，对随机单元间距缺乏约束，从而导致单元间距差异较大。现有方法中，一方面通过迭代进行优化的方式，速度慢、耗时长；另一方面，稀疏阵天线阵列副瓣电平较高、性能不良。

[0063] 基于此，为了解决上述问题，本申请提供了一种稀疏阵列天线的配置方法，能够快速高效的排布出具有低差异性的稀疏阵天线阵列，而且能够有效抑制副瓣电平，提高宽带辐射性能以及应用性。

[0064] 以下将结合附图，详细介绍本申请的技术方案。

[0065] 稀疏阵天线阵列的排布，需要明确的参数和设计目标。根据本申请的一些实施例，稀疏阵天线阵列的设计目标以副瓣电平SLL0表示；稀疏阵天线阵列参数可以包括：工作频率f（或者波长λ）、元阵列单元规模L、子阵数目N、最小单元间距ξ等。根据本申请的示例实施例，稀疏阵天线阵列的参数选择如下：工作频率f为20GHz，元阵列单元规模L为256，最小单元间距ξ为0.03，子阵数目N为9。设计目标副瓣电平SLL0为‑15dB。下面将按照上述参数和设计目标详细介绍本申请的稀疏阵天线阵列的配置方法。

[0066] 图2示出了根据本申请第一示例实施例的配置方法流程图。

[0067] 根据本申请的第一示例实施例，提供一种稀疏阵天线阵列的配置方法，包括以下步骤。

[0068] 步骤S210，根据稀疏阵天线阵列的阵列单元规模从二维LDS数据库中随机选取二维数据点，作为初始元阵列。

[0069] 现有的配置方法中，通常根据稀疏阵天线阵列的参数阵列单元规模L，直接通过随机函数生成初始元阵列。由此，导致排布的稀疏阵列天线副瓣电平较高、性能不佳。为了抑制副瓣电平，本申请提供的配置方法中，利用随机函数生成若干组二维LDS数据点，每组二维LDS数据点的数量为元阵列单元规模L。若干组二维LDS数据点均匀排布在归一化平面P上。归一化平面P的横坐标取值范围为：0≤x≤1，纵坐标取值范围为：0≤y≤1），形成二维LDS数据库（参见图3，两组二维LDS数据点）。由此，二维数据点的横坐标x取值范围为[0,1]，纵坐标y的取值范围也为[0,1]。

[0070] 根据本申请的示例实施例，随机函数可以是haltonset函数等，本申请对此不作限制。根据本申请的示例实施例，元阵列单元规模L为256时，二维LDS数据库中可以包含3907678635463个二维数据点。参见图4，可以从二维LDS数据库中随机选择一组二维数据点，作为初始元阵列。初始元阵列中二维数据点的数量可以根据阵列单元规模L来确定。

[0071] 根据本申请的示例实施例，还可以从随机选取的初始元阵列二维数据点中，根据设定的最小单元间距（例如，在归一化平面P上的归一化的最小单元间距ξ），将单元间距小于该设定值的二维数据点去除，从而保证的稀疏阵的间距特性。

[0072] 步骤S220，根据稀疏阵天线阵列的子阵数目对所述初始元阵列进行切片化处理，获得具有扇形包络的初始低差异子阵。

[0073] 以子阵数目N=9为例，扇形包络的极角为360°/9=40°。切片化处理的过程可以是，以归一化平面P的原点为圆心、以归一化半径1为半径、以扇形包络的极角为圆心角对归一化平面P进行裁剪。例如，以图3中的平面原点为圆心，以1为半径，以极角40°为圆心角裁剪出扇形区域（参见图5）。

[0074] 步骤S230，根据所述子阵数目，对所述初始低差异子阵进行旋转与复制获得具有圆形包络的初始低差异全阵列。

[0075] 以子阵数目N=9为例，将具有扇形包络的初始低差异子阵以图5中的坐标原点为圆心，按照一个旋转方向，等角度旋转复制另外8个子阵，旋转的角度间隔为初始低差异子阵的扇形角度40°。初始低差异子阵与8个旋转复制的子阵构成了轴对称排布的具有圆形包络的初始低差异全阵列（参见图6）。

[0076] 步骤S240，根据设定的缩放系数对所述初始低差异全阵列进行缩放处理，获得所述稀疏阵天线阵列。

[0077] 图6中所示的初始低差异全阵列为归一化处理后的阵列排布，为了获得与设计参数相对应的稀疏阵天线阵列，需要对归一化的阵列进行缩放，从而获得能够在工程中进行应用的稀疏阵天线阵列。例如，根据工作频率或者波长与最小单元间距ξ来确定缩放系数。

[0078] 根据本申请的示例实施例，为了使得稀疏阵天线阵列的波束性能与最小单元间距ξ之间能够灵活调节，还可以通过设定的间距扩展因子κ来设定缩放系数。根据本申请的示例实施例，缩放系数scale可以由以下公式来确定：

[0079] ，

[0080] 其中，κ为设定的间距扩展因子，λ为稀疏阵天线阵列波长，ξ为最小单元间距。图7示出了经过缩放处理后的稀疏阵天线阵列，该阵列为能够满足工作频率为20GHz的应用模型。

[0081] 图8A示出了根据本申请第二示例实施例的稀疏阵天线阵列的配置方法流程图。

[0082] 根据本申请的第二示例实施例，图2中所述的稀疏阵天线阵列的配置方法，还包括以下步骤。

[0083] 步骤S250，对所述稀疏阵天线阵列进行性能分析，当性能不符合设计要求时，重复执行从随机选取二维数据点至缩放处理的步骤，并更新所述稀疏阵天线阵列，直至性能符合设计要求。

[0084] 根据本申请的示例实施例，还可以对于图2中所述的配置方法产生的稀疏阵列天线进行波束性能分析，例如使用仿真软件图7中的阵列排布进行分析，可以获得该稀疏阵列在波束指向扫描角度时的方向性系数、辐射方向图、波束宽度以及副瓣电平等性能参数。如上所述，本申请的示例实施例中，设计目标副瓣电平SLL0为‑15 dB。若仿真分析的副瓣电平参数符合设计目标，则输出所述稀疏阵天线阵列。

[0085] 根据本申请的示例实施例，若仿真分析的副瓣电平参数为‑13.2dB，未达到设计目标‑15dB，可以重复图2中的步骤，更新获得的所述稀疏阵天线阵列。对更新后的稀疏阵天线阵列再次进行性能分析，直至稀疏阵天线阵列的副瓣电平达到设计目标，将达到设计目标的稀疏阵天线阵列输出，作为最终的稀疏阵天线阵列。由于初始元阵列是随机选取的，因此通过重复的方式获得符合设计目标的稀疏阵天线阵列配置，与迭代优化的方式相比，速度更快、效率更高。

[0086] 图8B示出了根据本申请第二示例实施例的稀疏阵天线阵列的排布过程示意图。

[0087] 参见图8B，图8A所示的稀疏阵天线阵列配置方法的执行过程为：

[0088] 设定阵列参数与设计目标。例如，稀疏阵天线阵列的工作频率f为20GHz，元阵列单元规模L为256，最小单元间距ξ为0.03，子阵数目N为9。设计目标副瓣电平SLL0为‑15dB。

[0089] 利用随机函数生成若干组二维LDS数据从而产生二维LDS 随机数据库。每一组二维LDS数据的数量为阵列单元规模L。

[0090] 在二维LDS数据库随机选取一组二维LDS数据，作为初始元阵列。

[0091] 对初始元阵列进行裁剪获得初始低差异子阵。以子阵数目N=9为例，扇形包络的极角为360°/9=40°。裁剪过程为：以图3中的平面原点为圆心，裁剪出以1为半径、角度为40°的扇形区域。

[0092] 对初始低差异子阵进行轴对称复制获得初始低差异全阵列。以子阵数目N=9为例，将具有扇形包络的子阵以图5中的坐标原点为圆心，按照一个旋转方向，等角度旋转复制另外8个子阵，旋转的角度间隔为初始低差异子阵的扇形角度40°。初始低差异子阵与8个旋转复制的子阵构成了轴对称排布的具有圆形包络的初始低差异全阵列。

[0093] 对初始低差异全阵列进行缩放获得全阵列应用模型。例如，通过间距扩展因子κ、工作频率f或者波长λ、最小单元间距ξ来设定缩放系数。根据设定的缩放系数对所述初始低差异全阵列进行缩放处理，获得所述稀疏阵天线阵列的应用模型。

[0094] 对获得的稀疏阵天线阵列进行波束性能判定，当性能符合设计要求时，则输出并保存稀疏阵天线阵列；当性能不符合设计要求时，重新随机选取初始元阵列并重复上述步骤，更新稀疏阵天线阵列，直至性能符合设计要求。

[0095] 图9A示出了根据本申请第三示例实施例的稀疏阵天线阵列的配置方法流程图。

[0096] 根据本申请的第三示例实施例，图2中所述的稀疏阵天线阵列的配置方法，还包括以下步骤。

[0097] 步骤S260，按照设定的循环次数重复上述步骤，获得一组所述稀疏阵天线阵列；对一组所述稀疏阵天线阵列进行性能判定，筛选出符合设计要求的稀疏阵天线阵列。

[0098] 根据本申请的示例实施例，为了获得性能最优的稀疏阵天线阵列，还可以设定循环次数Q，重复执行图2中所述的稀疏阵天线阵列的配置方法。例如，循环次数Q可以设定为50次，在每一次的循环中重复执行图2中初始元阵列的随机选取、切片化处理、旋转与复制以及缩放处理，从而获得50个稀疏阵天线阵列。

[0099] 根据本申请的示例实施例，还可以根据循环次数获得的50个稀疏阵天线阵列进行波束性能分析，例如使用仿真软件进行分析，可以获得各个稀疏阵列在波束指向扫描角度时的方向性系数、辐射方向图、波束宽度以及副瓣电平等性能参数。如上所述，本申请的示例实施例中，设计目标副瓣电平SLL0为‑15 dB。对50个稀疏阵天线阵列进行性能分析后，可以将副瓣电平‑15 dB的稀疏阵天线阵列作为最终的阵列排布；也可以将副瓣电平最为接近‑15 dB的稀疏阵天线阵列作为最终的阵列排布，从而筛选出符合设计要求的稀疏阵天线阵列。对于符合设计要求的判定，可根据实际需求来确定，本申请对此不作限制。

[0100] 与图8A中所述的配置方法类似，初始元阵列是随机选取的，通过设定重复次数的方式获得符合设计目标的稀疏阵天线阵列配置，与迭代优化的方式相比，速度更快、效率更高。

[0101] 图9B示出了根据本申请第三示例实施例的稀疏阵天线阵列的排布过程示意图。

[0102] 参见图9B，图9A所示的稀疏阵天线阵列配置方法的执行过程为：

[0103] 设定阵列参数与设计目标以及循环次数Q。例如，稀疏阵天线阵列的工作频率f为20GHz，元阵列单元规模L为256，最小单元间距ξ为0.03，子阵数目N为9。设计目标副瓣电平SLL0为‑15dB。循环次数Q=50次。

[0104] 利用随机函数生成若干组二维LDS数据从而产生二维LDS 随机数据库。每一组二维LDS数据的数量为阵列单元规模L。

[0105] 从循环次数i=1开始，在二维LDS数据库随机选取一组二维LDS数据，作为初始元阵列。

[0106] 对初始元阵列进行裁剪获得初始低差异子阵。以子阵数目N=9为例，扇形包络的极角为360°/9=40°。裁剪过程为：以图3中的平面原点为圆心，裁剪出以1为半径、角度为40°的扇形区域。

[0107] 对初始低差异子阵进行轴对称复制获得初始低差异全阵列。以子阵数目N=9为例，将具有扇形包络的初始低差异子阵以图5中的坐标原点为圆心，按照一个旋转方向，等角度旋转复制另外8个子阵，旋转的角度间隔为初始低差异子阵的扇形角度40°。初始低差异子阵与8个旋转复制的子阵构成了轴对称排布的具有圆形包络的初始低差异全阵列。

[0108] 对初始低差异全阵列进行缩放获得全阵列应用模型。例如，通过间距扩展因子κ、工作频率f或者波长λ、最小单元间距ξ来设定缩放系数。根据设定的缩放系数对所述初始低差异全阵列进行缩放处理，获得第i个稀疏阵天线阵列的应用模型Mi。

[0109] 当i不等于设定的循环次数Q时，进入第i+1次循环。当i等于设定的循环次数Q时，对获得的Q个稀疏阵天线阵列进行波束性能判定，筛选出符合设计要求的稀疏阵天线阵列，并输出保存阵列排布数据。

[0110] 图10示出了根据本申请示例实施例的筛选后的稀疏阵天线阵列配置示意图；图11示出了根据本申请示例实施例的筛选后的稀疏阵天线阵列性能示意图一；图12示出了根据本申请示例实施例的筛选后的稀疏阵天线阵列性能示意图二。

[0111] 按照图9A中所述的方法，循环次数设定为50次，从中筛选出的稀疏阵天线阵列的排布如图10所示。622个单元排布于口径约1.2米的圆形区域内产生了稀疏阵天线。根据统计，阵列最小间距为18.06mm（约1.2λ），能够满足在工作频率20GHz辐射单元物理排布不产生结构干涉的要求。同时，参见图11和12的仿真结果，该稀疏阵天线阵列能够实现±60°角度的波束扫描而不出现栅瓣，同时副瓣电平优异。

[0112] 以上仿真结果说明，本申请获得的生稀疏阵天线阵列，具有远大于半波长间距的稀疏阵排布效果，能够实现阵列单元在口径内的均匀排布，工程实现性能良好。同时，本申请获得的稀疏阵天线阵列具有较大的阵列最小间距特性，具有宽频段工作能力。

[0113] 图13示出了根据本申请第一示例实施例的稀疏阵天线阵列的配置装置组成框图。

[0114] 根据本申请的另一方面，还提供一种稀疏阵天线阵列的配置装置200，包括初始化模块210、裁剪模块220、复制模块230和缩放模块240。

[0115] 初始化模块210用于根据阵列单元规模从二维LDS数据库中随机选取一组二维数据点，作为初始元阵列。例如，利用随机函数生成若干组二维LDS数据，每组二维LDS数据的数量为元阵列单元规模L。从二维LDS数据库中随机选择一组二维数据点点，作为初始元阵列。

[0116] 裁剪模块220用于根据子阵数目对所述初始元阵列进行切片化处理，获得具有扇形包络的初始低差异子阵。例如，子阵数目N=9，扇形包络的极角为360°/9=40°。切片化处理的过程可以是，以初始元阵列中的平面原点为圆心，裁剪出以1为半径、角度为40°的扇形区域。

[0117] 复制模块230用于根据所述子阵数目，对所述初始低差异子阵进行旋转与复制获得具有圆形包络的初始低差异全阵列。例如，将具有扇形包络的子阵等角度旋转复制另外8个子阵，与初始低差异子阵构成了轴对称排布的具有圆形包络的初始低差异全阵列。

[0118] 缩放模块240用于根据设定的缩放系数对所述初始低差异全阵列进行缩放处理，获得所述稀疏阵天线阵列。例如，通过由间距扩展因子、波长、最小单元间距确定的缩放系数对初始低差异全阵列进行缩放处理，从而形成满足工作频率为20GHz的应用模型。

[0119] 图14示出了根据本申请第二示例实施例的稀疏阵天线阵列的配置装置组成框图。

[0120] 根据本申请的第二示例实施例，上述配置装置200还可以包括第一筛选模块250，用于对所述稀疏阵天线阵列进行性能分析，当性能不符合设计要求时，再次通过所述初始化模块210、所述裁剪模块220、所述复制模块230和所述缩放模块240更新所述稀疏阵天线阵列，直至性能符合设计要求。

[0121] 图15示出了根据本申请第三示例实施例的稀疏阵天线阵列的配置装置组成框图。

[0122] 根据本申请的第三示例实施例，参见图15，上述配置装置200还可以包括第二筛选模块260，用于按照设定的循环次数，通过所述初始化模块210、所述裁剪模块220、所述复制模块230和所述缩放模块240获得一组所述稀疏阵天线阵列，并对一组所述稀疏阵天线阵列进行性能判定，筛选出符合设计要求的稀疏阵天线阵列。

[0123] 图16示出了根据本申请示例实施例的电子设备组成框图。

[0124] 根据本申请的另一方面还提供一种用于稀疏阵列天线排布的电子设备。下面参照图16来描述根据本申请的这种实施方式的电子设备800。图16显示的电子设备800仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

[0125] 如图16所示，电子设备800以通用计算设备的形式表现。电子设备800的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元810、至少一个存储单元820、连接不同系统组件（包括存储单元820和处理单元810）的总线830等。

[0126] 存储单元820存储有程序代码，程序代码可以被处理单元810执行，使得处理单元810执行本说明书描述的根据本申请各实施例的配置方法。

[0127] 存储单元820可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元（RAM）8201和/或高速缓存存储单元8202，还可以进一步包括只读存储单元（ROM）8203。

[0128] 存储单元820还可以包括具有一组（至少一个）程序模块8205的程序/实用工具8204，这样的程序模块8205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。

[0129] 总线830可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。

[0130] 电子设备800也可以与一个或多个外部设备8001（例如触摸屏、键盘、指向设备、蓝牙设备等）通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备800交互的设备通信，和/或与使得该电子设备800能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备（例如路由器、调制解调器等等）通信。这种通信可以通过输入/输出（I/O）接口850进行。并且，电子设备800还可以通过网络适配器860与一个或者多个网络（例如局域网（LAN），广域网（WAN）和/或公共网络，例如因特网）通信。网络适配器860可以通过总线830与电子设备800的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备800使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。

[0131] 本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述配置方法的步骤。

[0132] 本申请提供的稀疏阵天线阵列的配置方法，采用从二维随机数据库中随机选取初始元阵列，来代替直接随机生成初始元阵列，从而使得生成的稀疏阵天线阵列具有更好的低差异性，进而有效抑制副瓣电平；在工程应用的缩放过程中，加入间距扩展因子，使得间距与波束性能之间的调节更加灵活；对于随机选取的初始元阵列，按照最小单元间距，去除间距过小的数据点，从而保证稀疏阵的特性；通过更新初始元阵列并重复执行排布过程来代替对稀疏阵的迭代优化，进而获得性能符合设计要求的稀疏阵天线阵列，速度更快、效率更高。

[0133] 以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。